串行通信（Serial Communication）
在计算机系统中，CPU和外部通信有两种通信方式：并行通信 和 串行通信 。 而按照串行数据的时钟控制方式，串行通信又可分为 同步通信 和 异步通信。
数据层标准：I2C、SPI、UART、USB、SATA 硬件层标准：RS232、TTL
某些协议可能对于数据层或硬件层有着不同的规定，因此请自行了解并加以区分。
串行通信
Serial communication，指所有的串行的通信协议。是相对并行通信（Parallel communication) 而言的。
同步串行通信
Synchronous serial communication，指发送端在发送串行数据的同时，提供一个时钟信号，并按照一定的约定（例如在时钟信号的上升沿的时候，将数据发送出去）发送数据，接收端根据发送端提供的时钟信号，以及大家的约定，接收数据的。
如：I2C、SPI。
异步串行通信
Asynchronous serial communication，指发送端在数据发送之前和之后，通过特定形式的信号（例如START信号和STOP信号），告诉接收端，可以开始（或者停止）接收数据了。与此同时，收发两方会约定一个数据发送的速度（波特率），发送端在发送START信号之后，就按照固定的节奏发送串行数据，与此同时，接收端在收到START信号之后，也按照固定的节奏接收串行数据。
如：UART、USB。
在传送数据的过程中，字符与字符之间的传送是完全异步的，位与位之间的传送基本上是同步的，其特点可以概括为： 1. 以字符为单位传送信息。 2. 相邻两字符间的间隔是任意长。 3. 因为一个字符中的比特位长度有限，所以需要的接收时钟和发送时钟只要相近就可以。 4. 异步方式特点简单的说就是：字符间异步，字符内部各位同步。
串行协议标准介绍
本节仅对SPI、I2C、UART、RS232、TTL及COM接口做详细介绍，其他标准作为粗略的补充或拓展之用。
SPI
Serial Peripheral Interface Bus，串行外设接口。是一种用于短程通信的串行通信同步接口规范，也是一种同步串行通信协议，主要应用于单片机系统中。
典型应用包含SD卡、液晶显示器、RFID读卡模块MFRC-522。 SPI设备之间使用全双工模式通信，包含一个主机和一个或多个从机。主机产生待读或待写的帧数据，多个从机通过一个片选线路 决定哪个来响应主机的请求。 有时SPI接口被称作四线程接口，SPI准确来讲称为同步串行接口，但是与同步串行接口协议（SSI）不同，SSI是一个四线程 同步通信协议，但是使用差分信号输入同时仅提供一个单工通信信道。
SPI总线规定了4个保留逻辑信号接口： - SCLK（Serial Clock）：串列时脉，由主机发出 - MOSI（Master Output,Slave Input）：主机输出从机输入信号，由主机发出 - MISO（Master Input,Slave Output）：主机输入从机输出信号，由从机发出 - SS（Slave Selected）：选择信号，由主机发出，一般是低电位有效
尽管上面的引脚名称是最常用的，但在过去，有时会使用其他引脚命名约定，因此旧IC产品的SPI端口引脚名称可能有所不同。
I²C
Inter-Integrated Circuit，字面上的意思是集成电路之间，是I²C Bus简称。也称集成电路总线，它是一种同步串行通信协议，使用多主从架构总线。
UART
Universally Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收/传输器，是指以某个固定的速率（1200bps、9600bps、115200bps等）进行数据传输，且一次只能传输一个bit（所以叫做串行传输）的异步串行通信协议 。 有时候UART会与TTL（Transistor-Transistor Logic）Serial混为一谈，这是因为TTL虽然可以采用其他串行通信协议（如I2C和SPI），但很多PC硬件上支持服务复杂，所以一般用UART协议导致的。 常见的微控制器中，都有内置UART协议接口。
RS232
RS232或者RS485，相较于UART是通信协议的标准，RS232或RS485d规定的是电路的物理层协议（电平标准）。 因为它规定了电气特性和各个引脚的功能定义，如 用-3V— -15V之间的任意电平表示逻辑“1” ；用+3V — +15V电平表示逻辑“0”，这里采用的是负逻辑。
TTL
Transistor-transistor Logic，
晶体管-晶体管逻辑集成电路，这种串行通信对应的物理电平始终是在0V和Vcc之间，其中常见的Vcc是5V或3.3V。
TTL指的是电路的 物理层协议
（电平标准）。电压>=2.4V时代表高电平1，电压<=0.5V时代表低电平0（对于5V或3.3V电源电压），这里是正逻辑。TTL接口在Minnow板子上如图：
在TTL与RS232的互相转换中，使用的芯片是MAX3232（3.3V）或者MAX232（5V），里面就只涉及到电压转换的问题了，没有数据的改变和封装，因为他们在数据层的协议是一样的。
比如，对于同样传输0b01010101来说，RS232和TTL的时序对比如下图所示。 
当然，RS232和TTL之间的转换，不仅仅是简单的电平转换，还要考虑到其他一些因素，比如调节和矫正一些电平（提高或降低对应的电平），确保可能的有害的RS232电压不会破坏微控制器的串口针脚。
如何分辨究竟是TTL还是RS232呢？ - 一般来说，由SOC芯片引脚直接引出的一般是TTL，其高低电平不需要任何转换，可以由芯片之间驱动，节省费用；而中间接有转换芯片的可能就是RS232了，可以根据电路图的芯片型号google即可。 - 另一个原则是RS232通常出现在传统的PC和服务器领域，TTL通常用于嵌入式设备。
COM接口
Cluster Communication
Port，串行通讯端口，简称串口。微机上的串口通常是9针（如下图示），也有25针的接口，最大速率115200bps。
PC计算机背板的COM口通常采用RS232标准，其高电平定义为-12V，低电平定义为+12V。
在嵌入式设备上的4针杜邦线接口也算COM接口，采用的是TTL标准或RS232标准。但如果谈论到COM接口，一般是指RS232标准的PC背板的9pin的COM口。
| 转换方式 | 芯片型号 |
|---|---|
| TTL-RS232 | MAX3232 或者 ST3232 |
| USB-TTL | PL2303HX 或者 CP2102 |
如果要转换USB-RS232的话，则要使用USB-TTL和TTL-RS232两种芯片。
其他
USB
Universal Serial Bus，通用串行总线。是连接计算机系统与外部设备的一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范。 USB使用NRZI编码方式：当数据为0时，电平翻转；数据为1时，电平不翻转。为了防止出现过长时间电平不变化现象，在发送数据时采用位填充处理。具体过程如下： - 当遇见连续6个高电平时，就强制插入一个0。 - 经过位填充后的数据由串行接口引擎（SIE）将数据串行化和NRZI编码后，发送到USB的差分数据线上。 - 接收端完成的过程和发送端刚好相反。
SATA
Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件。 是一种计算机总线，负责主板和大容量存储设备（如硬盘及光盘驱动器）之间的数据传输，主要用于个人计算机，用以取代PATA或称IDE接口。 串行ATA与串列SCSI（SAS: Serial Attached SCSI）的两者排线兼容，SATA硬盘可接上SAS接口。