# 硬體通訊 Communication
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從事互動裝置設計，除了製作互動裝置之硬體設備外，也不免要連接各式各樣的裝置及設備，而要如何讓裝置、設備能夠彼此溝通，且有哪些常用的溝通方式？此篇筆記便會加以整理及說明。

其中因訊息傳遞的路徑不同分為**有線通訊**和**無線通訊**，這些訊息傳遞的「路徑」稱為**通訊介面**，而訊息所使用的「語言」稱為**通訊協定**。

## 通訊介面 vs 通訊協定 Communicating Interface & Protocal
使裝置或設備之間可以相互溝通是我們的目的，而通訊介面和通訊協定就是為了達到此目的而生。

介面 (Interface) 是溝通的管道、路徑，指的是定義好的電纜接線、電器特性、訊號交換和傳送流程等，並藉由相同的定義讓兩者以上的裝置或設備可以相互連結。

協定 (Protocol) 則是溝通所使用的語言，它是基於通訊介面上所共通的資料格式。因此使用相同的介面和協定，才能夠理解彼此想傳達的意思。

## 有線通訊
一般有線通訊依同一時間傳輸的資料線數多寡分為**序列通訊**(Serial communocation)及**並列通訊**(Parallel communication)兩種。
### 一、序列通訊 Serial communication
是指在電腦匯流排或其他資料通道上，每次傳輸一個位元資料，並連續進行以上單次過程的通訊方式。

#### UART
通用非同步收發傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通常稱為UART）是一種異步收發傳輸器，是電腦硬體的一部分，將數據**透過串列通訊和平行通訊間作傳輸轉換**。
主要是由三條訊號線組成，因為無時脈線路，因此主機與從機需要自行管理傳輸速率(設定相同值)。傳輸速率有以下設定： 1200-115200 bps , 其中9600 bps較常被使用。

UART是異步串行通信口的總稱，它包括了RS232、RS449、RS423、RS422和RS485等接口標準規範和匯流排標準規範，RS232、RS449、RS423、RS422和RS485等，是對應各種異步串行通信口的接口標準和匯流排標準，它規定了通信口的電氣特性、傳輸速率、連接特性和接口的機械特性等內容。

#### RS-232 ＆ RS-485
RS-232算是在儀器模組中最常用的通訊方式，而RS是指美國電子工業聯盟(ElectronicIndustriesAssociaTIon, EIA)所建議之標準(Recommended standard)傳輸接口。

RS-485基本上是RS-232的進階版，因為RS-232的電器特性比RS-485更容易受到雜訊的影響使資料錯亂，傳輸距離也較短。而RS-485是利用的兩條傳輸線(通常表示為DATA+和DATA-)的電位差來表示資料訊號，這樣的特性讓RS-485的接線簡單了許多(485基本只需兩條線)，也讓**傳輸的距離和速度提升**，最遠可達1200公尺、最快傳輸速率可以接近20Mbps以上(不過速度會因距離拉長而降低)。

以下分別為RS-232、RS-422、RS-485之接口接線圖。

#### RJ-45

#### I2C
I²C (Inter-Integrated Circuit)是內部整合電路的稱呼，是一種串列通訊匯流排，主要是由二條訊號線組成，容易延伸擴充，時脈由主機透過CLK線路提供給從機。

[Read more](https://learn.sparkfun.com/tutorials/i2c/all)

#### SPI
SPI (Serial Peripheral Interface)是一種4線同步序列資料協定，為主從式同步串列通訊，時脈由Master透過CLK線路提供給Slave。
[Read more](https://learn.sparkfun.com/tutorials/serial-peripheral-interface-spi/all)

#### DMX-512
DMX512常用來用在舞檯的燈光控制。


### 二、並列通訊 Parallel communication
是指多位元數據同時通過並行線進行傳送，這樣數據傳送速度大大提高，但並行傳送的線路長度受到限制，因為長度增加，干擾就會增加，數據也就容易出錯。

並列埠與只使用一根線傳遞資料的序列埠相比，在相同的資料傳送速率下，並列埠可以更快地傳輸資料。因此在21世紀之前，在需要較大傳輸速度的地方，例如印表機，並列埠得到廣泛使用。但是隨著速度迅速提高，並列埠上導線之間資料同步成為一個很難處理的難題，導致並列埠在速度競賽中逐漸被淘汰。目前USB等改進的序列埠逐漸代替了並列埠。(-Wikipedia)

## 無線通訊
無線通訊顧名思義就是不用以實體線材連接便可互相溝通的技術，是利用**電磁波**訊號在自由空間中傳播的特性進行資訊交換的一種通訊方式。

無線通訊技術自身有很多優點，成本較低，無線通訊技術不必建立物理線路，更不用大量的人力去鋪設電纜，而且無線通訊技術不受工業環境的限制，對抗環境的變化能力較強，故障診斷也較為容易。

其中無線技術有三大標準：Wi-Fi、藍芽、ZigBee。

### Wi-fi
Wi-Fi是三大無線技術標準中，聯盟規範最嚴謹、詳細，投入的廠商最多，市面上應用基礎最廣，整合、更新上最有企圖的一個，其涵蓋的發展面最廣，從低頻的2.4GHz到高頻的5GHz，甚至是超高頻的60GHz。

特點為**傳輸距離長、傳送速率高**，但**高耗電**一直是其致命傷。

### Bluetooth 藍芽
藍芽技術可以廣泛應用於區域網路中，能夠在10米的半徑範圍內，實現點對點，或一點對多點的無線資料和聲音傳輸。
[【秒懂潮科技】到底是「藍牙」還是「藍芽」？原理是什麼，除了接耳機還能做什麼事？](https://www.youtube.com/watch?v=PBdeNHHE078)
[How does Bluetooth Work?](https://www.youtube.com/watch?v=1I1vxu5qIUM)

### ZigBee
Zigbee是基於 IEEE 802.15.4 標準而建立的一種短距離，低功耗的無線通訊技術。Zigbee來源於蜜蜂群的通訊方式，由於蜜蜂是靠飛翔和嗡嗡地抖動翅膀，來與同伴確定食物源的方向，位置和距離等資訊，從而構成了蜂群的通訊網路。
[Read more](https://3smarket-info.blogspot.com/2018/04/blog-post_26.html)

ZigBee一開始被發展出來就是以自動控制為目的，因此是最適合於智慧工廠、智慧家庭、智慧建築等智慧化控制應用領域的無線通訊技術。ZigBee的溝通專注在感應和控制，因此其傳遞的訊息量很小，在這樣的應用方式下導致其最為省電的一種無線通訊技術，成本也最低。可以說，低傳輸速率、低成本、省電、安全、專用於設備間的溝通（Machine to Machine，M2M）是ZigBee的基本特點。

[Read more](https://www.ibtmag.com.tw/new_article_result.asp?secu_id=HCP011&search_security_id=24983)

圖 / 出自[CTIMES 文章：現在與未來 藍牙通訊技術的八個趨勢](https://www.ctimes.com.tw/DispArt-tw.asp?k=&o=24022123083R)