單片機(jī)串行通訊與并行通訊區(qū)別

串行通訊

一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。串行通訊的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)位傳送，傳按位順序進(jìn)行，最少只需一根傳輸線即可完成，成本低但送速度慢。串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。 根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進(jìn)一步分為單工、半雙工和全雙工三種。信息只能單向傳送為單工;信息能雙向傳送但不能同時(shí)雙向傳送稱為半雙工;信息能夠同時(shí)雙向傳送則稱為全雙工。 串行通訊又分為異步通訊和同步通訊兩種方式。在單片機(jī)中，主要使用異步通訊方式。

串行通訊中，兩個(gè)設(shè)備之間通過(guò)一對(duì)信號(hào)線進(jìn)行通訊，其中一根為信號(hào)線，另外一根為信號(hào)地線，信號(hào)電流通過(guò)信號(hào)線到達(dá)目標(biāo)設(shè)備，再經(jīng)過(guò)信號(hào)地線返回，構(gòu)成一個(gè)信號(hào)回路。

初級(jí)讀者會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)：為何不讓信號(hào)電流從電源地線返回?答案：公共地線上存在各種雜亂的電流，可以輕而易舉地把信號(hào)淹沒(méi)。因此所有的信號(hào)線都使用信號(hào)地線而不是電源地線，以避免干擾。

這一對(duì)信號(hào)線每次只傳送1bit(比特)的信號(hào)，比如1Byte(字節(jié))的信號(hào)需要8次才能發(fā)完。傳輸?shù)男盘?hào)可以是數(shù)據(jù)、指令或者控制信號(hào)，這取決于采用的是何種通訊協(xié)議以及傳輸狀態(tài)。串行信號(hào)本身也可以帶有時(shí)鐘信息，并且可以通過(guò)算法校正時(shí)鐘。因此不需要額外的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行控制。

并行通訊中，基本原理與串行通訊沒(méi)有區(qū)別。只不過(guò)使用了成倍的信號(hào)線路，從而一次可以傳送更多bit的信號(hào)。

并行通訊通?？梢砸淮蝹魉?bit、16bit、32bit甚至更高的位數(shù)，相應(yīng)地就需要8根、16根、32根信號(hào)線，同時(shí)需要加入更多的信號(hào)地線。比如傳統(tǒng)的PATA線路有40根線，其中有16根信號(hào)線和7根信號(hào)地線，其他為各種控制線，一次可以傳送2Byte的數(shù)據(jù)。并行通訊中，數(shù)據(jù)信號(hào)中無(wú)法攜帶時(shí)鐘信息，為了保證各對(duì)信號(hào)線上的信號(hào)時(shí)序一致，并行設(shè)備需要嚴(yán)格同步時(shí)鐘信號(hào)，或者采用額外的時(shí)鐘信號(hào)線。

通過(guò)串行通訊與并行通訊的對(duì)比，可以看出：串行通訊很簡(jiǎn)單，但是相對(duì)速度低;并行通訊比較復(fù)雜，但是相對(duì)速度高。更重要的是，串行線路僅使用一對(duì)信號(hào)線，線路成本低并且抗干擾能力強(qiáng)，因此可以用在長(zhǎng)距離通訊上;而并行線路使用多對(duì)信號(hào)線(還不包括額外的控制線路)，線路成本高并且抗干擾能力差，因此對(duì)通訊距離有非常嚴(yán)格的限制。

歷史

最早的計(jì)算機(jī)設(shè)備之間全部采用串行接口，比如硬盤(pán)接口、打印機(jī)接口、通訊端口等等。那時(shí)候都是分立元件的電路設(shè)計(jì)，如果采用并行接口，元件的數(shù)量和占用的空間將成倍增長(zhǎng)。比如一個(gè)8bit并行線路的接口元件數(shù)量將是串行線路的8倍(你得為每根信號(hào)線配置一套接收電路)。這個(gè)時(shí)期的數(shù)據(jù)通訊只能是非常簡(jiǎn)單而低速的。

但是集成電路技術(shù)的出現(xiàn)帶來(lái)了一個(gè)轉(zhuǎn)變，當(dāng)大量元件可以集成到一個(gè)小小的芯片上時(shí)，并行通訊變得廉價(jià)而方便了。不論是8bit、16bit還是更高位數(shù)的并行線路，只需要一個(gè)并行接口芯片就可以處理，這比一個(gè)處理串行通訊的芯片成本高不到哪里去。與串行通訊相比，并行通訊在同樣的工作頻率下，通訊速度就可以整倍提高。因此適應(yīng)了當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)設(shè)備發(fā)展的需要，硬盤(pán)、打印機(jī)等速度較快的設(shè)備開(kāi)始使用并行通訊，PATA、SCSI、Parallel Port成為最為流行的并行通訊接口，被大眾所熟知。不過(guò)并行線路固有的一些缺點(diǎn)仍然限制了并行通訊的應(yīng)用范圍，至于超高速通訊和長(zhǎng)距離通訊方面，由于線路成本比接口成本要重要得多，因此一直都是串行通訊的應(yīng)用領(lǐng)域。

除了并行通訊具有速度優(yōu)勢(shì)以外，串行通訊自身也有一個(gè)問(wèn)題。在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，數(shù)據(jù)往往都是并行方式傳送的，當(dāng)采用串行方式與外界通訊時(shí)必須經(jīng)過(guò)串/并轉(zhuǎn)換處理。在早期集成電路規(guī)模較小的時(shí)代，串/并轉(zhuǎn)換電路的處理能力十分有限，因此串行通訊的速度無(wú)法提高。隨著如今集成技術(shù)的發(fā)展，邏輯電路的集成能力大大提高，甚至超過(guò)了IO連接單元的集成水平，從而逐步解決了串/并轉(zhuǎn)換速度的限制。另一方面，現(xiàn)在集成邏輯處理電路的成本也比IO連接單元更便宜，因此串行通訊再次顯示出它的優(yōu)勢(shì)。如果說(shuō)集成電路技術(shù)一度幫助并行通訊流行起來(lái)，那么現(xiàn)在的高度集成水平則幫助串行通訊重返主流應(yīng)用領(lǐng)域。