Последовательный интерфейс для передачи данных использует  одну сигнальную линию, по которой информационные  биты передаются друг за другом последовательно. В ряде последовательных интерфейсов применяется гальваническая развязка внешних сигналов от схемной земли устройства, что позволяет   соединять устройства, находящиеся под разными потенциалами.

Последовательная передача данных может осуществляться в   асинхронном или синхронном режимах. При асинхронной передаче каждому байту предшествует старт-бит, сигнализирующий приемнику о начале посылки, за которым следуют   биты данных и, возможно, бит паритета (четности). Завершает посылку стоп-бит, гарантирующий паузу между посылками (рис. 1). Старт-бит следующего байта посылается в   любой момент после стоп-бита, то есть между передачами возможны паузы произвольной длительности. Старт-бит, имеющий всегда строго определенное значение (логический 0), обеспечивает простой механизм синхронизации приемника по  сигналу от передатчика. Подразумевается, что приемник и   передатчик работают на одной скорости обмена. Внутренний  генератор синхронизации приемника использует счетчик-делитель опорной частоты, обнуляемый в момент приема начала старт-бита. Этот счетчик генерирует внутренние стробы,   по которым приемник фиксирует последующие принимаемые  биты. В идеале стробы располагаются в середине битовых   интервалов, что позволяет принимать данные и при незначительном рассогласовании скоростей приемника и передатчика. Очевидно, что при передаче 8 бит данных, одного  контрольного и одного стоп-бита предельно допустимое рассогласование скоростей, при котором данные будут распознаны верно, не может превышать 5%. С учетом фазовых искажений и дискретности работы внутреннего счетчика   синхронизации реально допустимо меньшее отклонение частот. Чем меньше коэффициент деления опорной частоты внутреннего генератора (чем выше частота передачи), тем больше  погрешность привязки стробов к середине битового интервала, и требования к согласованности частот становятся более  строгими. Чем выше частота передачи, тем больше влияние  искажений фронтов на фазу принимаемого сигнала. Взаимодействие этих факторов приводит к повышению требований  к согласованности частот приемника и передатчика с ростом   частоты обмена.

Рис.1. Формат асинхронной передачи

Формат   асинхронной посылки позволяет выявлять возможные ошибки передачи :

Контроль формата позволяет обнаруживать обрыв линии: при этом принимается логический нуль, который сначала  трактуется как старт-бит, и нулевые биты данных, потом  срабатывает контроль стоп-бита.

Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600 и 115200 бит/с. Количество бит данных может составлять 5, 6, 7 или 8 (5- и  6-битные форматы распространены незначительно). Количество стоп-бит может быть 1, 1,5 или 2 ("полтора бита"   означает только длительность стопового интервала).

Синхронный режим передачи предполагает постоянную активность канала связи. Посылка начинается с синхробайта,  за которым сразу же следует поток информационных бит.   Если у передатчика нет данных для передачи, он заполняет    паузу непрерывной посылкой байтов синхронизации. Очевидно, что при передаче больших массивов данных накладные расходы на синхронизацию в данном режиме будут ниже,  чем в асинхронном. Однако в синхронном режиме необходима внешняя синхронизация приемника с передатчиком,   поскольку даже малое отклонение частот приведет к искажению принимаемых данных. Внешняя синхронизация  возможна либо с помощью отдельной линии для передачи  сигнала синхронизации, либо с использованием самосинхронизирующего кодирования данных, при котором на стороне приемника из принятого сигнала могут быть выделены  импульсы синхронизации.  

На физическом уровне последовательный интерфейс имеет  различные реализации, различающиеся способом передачи   электрических сигналов. В большинстве стандартов сигнал представляется потенциалом. Существуют последовательные интерфейсы, где  информативен ток, протекающий по общей цепи передатчик-приемник - "токовая петля". Для связи на короткие расстояния приняты стандарты беспроводной инфракрасной связи. Наибольшее распространение в PC получил простейший  последовательный интерфейс - стандарт RS-232C, реализуемый СОМ -портами. В промышленной автоматике  широко применяется RS-485.

Интерфейс RS-232C  предназначен для подключения аппаратуры,  передающей или принимающей данные  от  оконечного  оборудования данных (ООД, DTE - Data Terminal Equipment), к оконечной аппаратуре каналов данных (АКД, DCE - Data CommunicationEquipment). В роли АПД может выступать компьютер, принтер, плоттер и другое периферийное оборудование. В роли   АКД обычно выступает модем. Конечной целью подключения является соединение двух устройств АПД. Полная схема соединения приведена на рис. 2. Интерфейс позволяет  исключить канал удаленной связи вместе с парой устройств  АПД, соединив устройства непосредственно с помощью нуль-модемного кабеля (рис. 3).

 Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. В стандарте предусмотрены асинхронный и синхронный режимы обмена, но СОМ -порты поддерживают только асинхронный режим..

Рис. 2. Полная  схема соединения по RS-232C

Рис. 3. Соединение по RS-232C нуль-модемным кабелем

Стандарт RS-232C использует несимметричные передатчики и приемники - сигнал передается относительно общего  провода - схемной земли. Интерфейс НЕ ОБЕСПЕЧИВАЕТ ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКИ  устройств.  Логической единице   соответствует напряжение  на  входе  приемника  в  диапазоне -12...-3 В. Логическому нулю соответствует диапазон +3...+12В. Диапазон -3...+3В - зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии будет считаться измененным только после  пересечения порога (рис. 4). Уровни сигналов на выходах  передатчиков должны быть в диапазонах -12...-5 В  и  +5...+12 В для представления единицы и нуля соответственно.

Рис. 4. Прием сигналов RS-232C

Стандарт RS-232C регламентирует типы применяемых разъемов. На аппаратуре АПД (в том числе на СОМ -портах)  принято  устанавливать вилки (male) DB-25P или более компактный вариант - DB-9P. Девятиштырьковые разъемы не  имеют контактов для дополнительных сигналов, необходимых для синхронного режима  (в большинстве 25-штырьковых  разъемов эти контакты не используются). На аппаратуре АКД (модемах)  устанавливают  розетки (female)  DB-25S  или  DB-9S.

Если аппаратура АПД соединяется без модемов, то разъемы  устройств (вилки) соединяются между собой нуль-модемным  кабелем,  имеющим на обоих концах розетки, контакты которых соединяются перекрестно