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硬體通訊 Communication
tags: Software Engineering
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。
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。
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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？
How does Bluetooth Work?
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。
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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。
