IoT 6차시

전송 방식에는 어떤것이 있을까?

1. 직렬 전송 (Serial Transmission)이란?

직렬 전송은 데이터를 한 번에 한 비트씩 순차적으로 전송하는 방식입니다. 데이터를 전송할 때, 비트들이 하나의 통로를 통해 순차적으로 이동합니다.

장점

간단한 배선: 한 개의 통신 채널만 필요합니다.
장거리 전송에 적합: 신호 간섭이 적고, 데이터 손실 가능성이 낮습니다.

단점

속도 제한: 한 번에 한 비트씩 전송하므로 병렬 전송에 비해 속도가 느릴 수 있습니다.

예시

USB(Universal Serial Bus)
RS-232

2. 병렬 전송 (Parallel Transmission)이란?

병렬 전송은 여러 비트를 동시에 전송하는 방식입니다. 각 비트는 별도의 통로를 통해 동시에 전송됩니다.

장점

빠른 전송 속도: 여러 비트를 동시에 전송하므로, 직렬 전송에 비해 속도가 빠릅니다.

단점

복잡한 배선: 여러 개의 통신 채널이 필요합니다.
장거리 전송에 부적합: 신호 간섭이 발생할 가능성이 높습니다.

예시

컴퓨터 내부의 데이터 버스
프린터 포트(병렬 포트)

3. 동기식 전송 (Synchronous Transmission)이란?

동기식 전송은 송신자와 수신자가 동일한 클럭 신호를 공유하여 데이터를 전송하는 방식입니다. 데이터는 일정한 타이밍에 따라 전송됩니다.

장점

효율적 전송: 클럭 신호에 맞춰 데이터를 전송하므로, 데이터 전송 효율이 높습니다.
연속적인 데이터 전송: 큰 데이터 블록을 연속적으로 전송할 수 있습니다.

단점

복잡한 구현: 클럭 신호를 동기화해야 하므로, 구현이 복잡할 수 있습니다.

예시

Ethernet
SDH/SONET

4. 비동기식 전송 (Asynchronous Transmission)이란?

비동기식 전송은 송신자와 수신자가 클럭 신호를 공유하지 않고, 각 데이터 단위에 시작 비트와 종료 비트를 추가하여 데이터를 전송하는 방식입니다.

장점

간단한 구현: 클럭 신호를 동기화할 필요가 없으므로, 구현이 간단합니다.
유연성: 데이터 전송이 불규칙한 경우에도 적합합니다.

단점

오버헤드: 각 데이터 단위에 시작 비트와 종료 비트를 추가해야 하므로, 오버헤드가 발생합니다.

예시

RS-232
UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

5. 단방향 전송 (Simplex Transmission)이란?

단방향 전송은 데이터가 한 방향으로만 전송되는 방식입니다. 송신자와 수신자가 고정되어 있으며, 수신자는 데이터를 송신할 수 없습니다.

장점

단순성: 통신이 단방향이므로, 구현이 간단합니다.

단점

제한된 기능: 데이터가 한 방향으로만 전송되므로, 양방향 통신이 필요할 때는 사용할 수 없습니다.

예시

텔레비전 방송
라디오 방송

6. 반이중 전송 (Half-Duplex Transmission)이란?

반이중 전송은 데이터가 양방향으로 전송될 수 있지만, 동시에 전송될 수는 없는 방식입니다. 한 번에 한 방향으로만 데이터가 전송됩니다.

장점

효율성: 양방향 통신이 가능하므로, 단방향 전송보다 효율적입니다.

단점

동시 전송 불가: 동시에 양방향으로 데이터를 전송할 수 없습니다.

예시

무전기 통신
CSMA/CD (Ethernet)

7. 전이중 전송 (Full-Duplex Transmission)이란?

전이중 전송은 데이터가 양방향으로 동시에 전송될 수 있는 방식입니다. 송신자와 수신자가 동시에 데이터를 주고받을 수 있습니다.

장점

최대 효율: 양방향으로 동시에 데이터 전송이 가능하므로, 가장 효율적입니다.

단점

복잡한 구현: 동시에 데이터를 주고받기 위한 복잡한 회로와 프로토콜이 필요합니다.

예시

전화 통신
현대 Ethernet (스위치 기반)

아두이노의 전송 방식에는 어떤것이 있을까?

아두이노는 UART, I2C, SPI 3가지의 통신방식을 지원합니다.

1. UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

UART는 직렬 통신 방식 중 하나로, 비동기식 데이터 전송을 지원합니다. 두 장치 간에 데이터를 한 비트씩 순차적으로 전송하며, 시작 비트와 종료 비트를 사용하여 데이터 프레임을 구분합니다.

특징

비동기식 통신: 클럭 신호를 공유하지 않고, 시작 비트와 종료 비트를 사용하여 데이터 프레임을 구분합니다.
단방향 및 양방향 통신: 전송(TX)과 수신(RX) 라인을 통해 양방향 통신이 가능합니다.
간단한 하드웨어 구성: 두 개의 데이터 라인(TX, RX)만 필요합니다.

장점

구현이 간단하고, 하드웨어 요구 사항이 적습니다.
널리 사용되며, 많은 장치에서 지원합니다.

단점

데이터 전송 속도가 상대적으로 느립니다.
클럭 신호를 사용하지 않으므로, 긴 거리에서의 데이터 전송에 제한이 있을 수 있습니다.

예시

아두이노와 컴퓨터 간의 직렬 통신 (예: 시리얼 모니터)
GPS 모듈, 블루투스 모듈 등과의 통신

2. I2C (Inter-Integrated Circuit)

I2C는 다중 마스터-슬레이브 통신을 지원하는 동기식 직렬 통신 방식입니다. 두 개의 라인(SDA: 데이터 라인, SCL: 클럭 라인)을 사용하여 여러 장치 간에 데이터를 전송합니다.

특징

동기식 통신: 클럭 신호(SCL)를 사용하여 데이터 전송을 동기화합니다.
다중 마스터-슬레이브 구조: 여러 마스터와 슬레이브 장치 간의 통신을 지원합니다.
2개의 데이터 라인: SDA(데이터 라인)와 SCL(클럭 라인)만 필요합니다.

장점

간단한 배선: 두 개의 데이터 라인만으로 여러 장치를 연결할 수 있습니다.
여러 장치 간의 통신을 지원하여 확장성이 뛰어납니다.

단점

통신 속도가 상대적으로 느립니다.
버스 충돌 가능성이 있으며, 이를 관리하기 위한 추가적인 프로토콜이 필요합니다.

예시

센서, EEPROM, 실시간 시계(RTC) 모듈 등과의 통신
아두이노 간의 데이터 전송

3. SPI (Serial Peripheral Interface)

SPI는 동기식 직렬 통신 방식으로, 마스터와 슬레이브 간의 빠른 데이터 전송을 지원합니다. 네 개의 라인(MOSI, MISO, SCK, SS)을 사용하여 데이터를 전송합니다.

특징

동기식 통신: 클럭 신호(SCK)를 사용하여 데이터 전송을 동기화합니다.
마스터-슬레이브 구조: 하나의 마스터와 여러 슬레이브 장치 간의 통신을 지원합니다.
4개의 데이터 라인: MOSI(마스터 아웃 슬레이브 인), MISO(마스터 인 슬레이브 아웃), SCK(클럭), SS(슬레이브 선택) 라인이 필요합니다.

장점

매우 빠른 데이터 전송 속도를 제공합니다.
간단한 프로토콜로 구현이 쉽습니다.

단점

많은 데이터 라인이 필요하여 배선이 복잡해질 수 있습니다.
다중 슬레이브 장치 연결 시, 각 슬레이브마다 별도의 SS 라인이 필요합니다.

예시

SD 카드 모듈, 디스플레이, 플래시 메모리 등과의 통신
고속 데이터 전송이 필요한 센서와의 통신

실습

아두이노의 통신을 활용한 실습이기때문에, 아두이노가 2대이상 필요하다.

아래와같이 회로를 구성하고, 코드를 실행하면 아두이노가 서로 UART통신을 통해 LED를 제어하는 것 을 볼 수 있다.

[송신측 아두이노]

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  Serial.write('a');
  delay(1000);
  Serial.write('b');
  delay(1000);
}

[수신측 아두이노]

char data;
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(13, OUTPUT);
}

void loop() {
  if(Serial.available()){
    data = Serial.read();
  }
  if(data=='a') {
    digitalWrite(13,1);
  }
  else if(data=='b') {
    digitalWrite(13,0);
  }
}