직렬 통신(Serial communication)은 데이터를 하나의 전송선(또는 한 쌍의 전송선)으로 순차적으로 전송하는 방식이다. 병렬 통신이 여러 비트를 동시에 전송하는 것과 달리, 직렬 통신은 비트를 차례대로 전송함으로써 전송 매체와 연결 회로를 단순화하고 장거리 전송 시 신호 간섭을 감소시킨다.
개요
- 전송 방식: 데이터 비트를 시계열적으로 전송한다. 일반적으로 시작 비트, 데이터 비트, 패리티 비트(옵션), 정지 비트 순으로 구성된 프레임을 사용한다.
- 전송 속도: 비트 전송률(bit per second, bps)로 표시되며, 현대의 고속 직렬 인터페이스는 수십 메가비트에서 수기가비트 수준까지 도달한다.
- 전송 매체: 전선, 광섬유, 무선 주파수 등 다양한 매체가 사용될 수 있다.
주요 표준·프로토콜
| 표준·프로토콜 | 전송 속도(대략) | 주요 용도 |
|---|---|---|
| RS-232 | 300 bps ~ 115.2 kbps | 컴퓨터와 주변기기(예: 모뎀) 연결 |
| RS-485 | 10 kbps ~ 10 Mbps | 산업 자동화, 멀티드롭 네트워크 |
| USB (Universal Serial Bus) | 12 Mbps ~ 20 Gbps (버전별) | 주변기기 연결, 데이터 전송 |
| UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) | 110 bps ~ 3 Mbps | 마이크로컨트롤러 내장 직렬 인터페이스 |
| SPI (Serial Peripheral Interface) | 수 Mbps | 마이크로컨트롤러와 주변 장치 간 동기식 통신 |
| I²C (Inter‑Integrated Circuit) | 100 kbps ~ 5 Mbps | 저전력 임베디드 시스템 내 다중 장치 연결 |
| CAN (Controller Area Network) | 125 kbps ~ 1 Mbps | 자동차 전자제어 장치 네트워크 |
| Ethernet (10BASE‑T, 100BASE‑TX 등) | 10 Mbps ~ 10 Gbps | LAN(로컬 영역 네트워크) |
장점
- 배선 간소화: 전송선이 적어 비용과 설치 공간이 절감된다.
- 장거리 전송에 유리: 전송선 간의 간섭이 적고, 신호 무결성을 유지하기 위한 드라이버/리시버 회로가 비교적 간단하다.
- 표준화된 인터페이스: 다양한 산업·소비자 분야에서 폭넓게 채택된 표준이 존재한다.
단점
- 전송 속도 제한: 동일한 전송 매체에서 병렬 통신에 비해 동일한 시간당 전송 가능한 데이터 양이 적을 수 있다(하지만 최신 고속 직렬 인터페이스는 이 차이를 크게 줄였다).
- 프레임 오버헤드: 시작·정지 비트, 패리티 비트 등으로 인해 실제 데이터 효율이 감소할 수 있다.
활용 분야
- 컴퓨터 주변기기: 마우스, 키보드, 프린터, 외장 저장장치 등
- 산업 자동화: 센서·액추에이터 네트워크, PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러) 간 통신
- 자동차 전자: 엔진 제어, 차량 내부 통신(CAN, LIN 등)
- 임베디드 시스템: 마이크로컨트롤러와 디지털 회로 간 데이터 교환
- 통신 장비: 모뎀, 라우터, 스위치 등에서 내부 및 외부 연결
기술적 고려 사항
- 전압 레벨: RS-232는 ±3 ~ ±15 V, TTL 레벨 UART는 0 ~ 5 V(또는 3.3 V) 등 사용 환경에 따라 전압 사양이 다르다.
- 전송 거리: RS-485는 1200 m까지, USB는 약 5 m(고속 모드)까지 안정적인 전송이 가능하다.
- 전송 오류 검출: 패리티 비트, CRC(Cyclic Redundancy Check) 등 오류 검출·정정 메커니즘이 적용될 수 있다.
참고 문헌
- IEC 60603‑1 (RS-232 표준)
- ISO 11898 (CAN 표준)
- USB Implementers Forum, “USB 3.2 Specification”
- IEEE 802.3 (Ethernet 표준)
※ 본 문서는 2026년 현재까지 공인된 기술 표준 및 문헌을 근거로 작성되었으며, 최신 표준의 세부 사양은 관련 표준 문서를 직접 확인하는 것이 권고된다.