从数据宽度上可以把数据通信分为并行通信和串行通信。

并行通信：同时使用多条线路传输多个比特（如8位数据通过8根线同步发送），适用于短距离高速传输（如早期IDE硬盘接口）。 串行通信：通过单通道或差分对逐位传输，牺牲瞬时速度但换取抗干扰性、远距离能力及布线简化。

在工业自动化与设备监控领域，串行通信协议是实现设备间可靠数据传输的核心技术。

现代通信协议的串行化设计已成为提升速度、距离及可靠性的主流方案。

这篇文章小编将介绍串行通信的分类及主要通信协议。

串行设计的优点：

抗干扰优势：差分信号抵消共模噪声（如USB、以太网的双绞线）。 扩展性：可通过增加串行通道（如PCIe x4/x8）灵活提升带宽，避免并行线路的同步难题。 成本与兼容性：串行接口更易实现热插拔和长距离传输（如USB、光纤）。

目录

串行通信分类

1.1按同步方式分类

同步串行通信 

1.2  按协议类型分类

SPI（同步串行外设接口） 

I2C（同步串行集成电路总线）

UART（异步通用异步收发传输器） 

1.3 按传输 路线分类

2 物理层标准

3 协议层标准

 4 协议选型指南

串行通信分类

1.1按同步方式分类

异步串行通信 

特点：以字符为单位传输，每个字符帧包含 起始位（1）、数据位（5-8位）、可选校验位、停止位（1-2位）。无需同步时钟，通过起始/停止位实现字符同步。

适用场景：短距离、低速传输（如PC与外设通信），设备简单但效率较低。

同步串行通信 

特点：使用共享时钟信号，以数据块（帧）为单位传输，帧内包含 同步字符、数据字符、校验字符。字符间无间隙，传输速率高（可达56Kbps以上）。

  适用场景：长距离、高速传输（如工业控制），但设备复杂且成本较高.

1.2  按协议类型分类

SPI（同步串行外设接口） 

特点：全双工通信，四线制（MOSI、MISO、SCK、CS），主从结构，高速传输（适用于短距离设备间快速数据交换，如传感器与MCU通信）。

优势：传输速度快、支持全双工，但需四根线，扩展性较差。

I2C（同步串行集成电路总线）

特点：两线制（SDA数据线、SCL时钟线），支持多主从设备，低速双向传输（适用于短距离、低功耗场景，如芯片间通信）。

优势：仅需两根线，支持多设备连接，但速度较低。

UART（异步通用异步收发传输器） 

特点：异步通信，单工或半双工，使用起始位和停止位实现字符同步，适用于点对点通信（如PC与外设通信）。

优势：结构简单、易实现，但传输速率较低。

1.3 按传输 路线分类

单工：数据单向传输（如传感器向主机发送数据）。 半双工：双向传输但需分时（如早期对讲机）。

        全双工：同时双向传输（如SPI、UART在某些模式下支持).

2 物理层标准

2.1 RS-232

典型传输距离：<15米 电压范围：±3V至±15V 拓扑结构：点对点连接 常见场景：工控机与PLC调试接口

2.2 RS-485

差分传输抗干扰 最大节点数：32~256个 传输距离：可达1200米（速率≤100kbps时） 工业应用：DCS 体系传感器网络

3 协议层标准

 4 协议选型指南

环境适应性 制度

强电磁干扰场景：优先选择RS-485+Modbus RTU组合 运动控制场景：CANopen协议（传输延迟<1ms）

数据完整性保障

关键参数传输：采用双重校验（CRC+奇偶校验） 大数据块传输：使用分帧传输机制

串行通信的核心特征是数据按位顺序传输，即逐比特（bit-by-bit）通过单一通道或差分线对传送。以太网、USB和光通信在物理层可能采用多对线路或光纤束，但其底层数据传输逻辑均为按位顺序传送，严格符合串行通信的核心定义，从底层数据传输逻辑看，以太网、USB、光通信均属于串行通信方式。