注 ： 文中讲述的原理是推理和探讨 ， 和现实中的实现不一定完全相同 。
开始之前， 可以先参考看看我之前写的两篇文章 ：
《设计一个 硬件 实现的 Dictionary（字典）》
《漫谈 计算机硬件 的 设计 和 实现》
串行信号 是 脉冲信号 ，
我们要 引入一个 “双稳态开关”， 或者说 “双稳态门” 来 处理 串行信号 。
双稳态开关， 技术上 是一个 双稳态电路， 不过 我们 先不关心 具体的技术实现， 我们先从 逻辑层面 来看待 。
所以， 我们提出一个 “双稳态开关”， 又称 “双稳态门” 的 概念 。
双稳态门 如下图 ：
双稳态门 有一个 输入端 和 一个 输出端， 为了容易区分， 我们用 箭头 来表示 输入端 输出端 。
输入端 输入 1 时， 输出端 输出 1， 输入端 的 输入 是一个 脉冲信号， 即 脉冲 结束后， 无输入的状态下， 输出端 可以 保持 输出 1 的 状态 。
输入端 输入 0 时， 输出端 输出 0， 输入端 的 输入 是一个 脉冲信号， 即 脉冲 结束后， 无输入的状态下， 输出端 可以 保持 输出 1 的 状态 。
为了 区别 0 和 “无输入” 的 状态， 技术上， 采用 高电平（高电压） 表示 1， 低电平（低电压） 表示 0， 无电压 表示 无输入 。
我们 可以 看一下 脉冲信号 的 波形图 ：
如果要发送 一个内容是 “1001” 的 串行信号， 则 波形图 如下 ：
好的， 接下来， 我们就可以看看将 串行信号 转为 并行信号 的 逻辑电路图 ：
如图， 为了便于讲解，我们在 图上 一些位置 标上了 序号 。
简单起见， 我们 只 设计 了 2 位 的 并行信号 输出 。 有就是说， 串行信号 会 转换成 2 位（bit） 的 并行信号 。
1 2 是 入口双稳态门， 控制着 串行信号 可以 写入 哪一位（bit） 。 初始状态 时， 第 1 位（bit） 的 入口稳态门 处于 “1” 状态， 输出端 输出 1 ， 输出端 连接 的 开关 接通， 可以向 第 1 位（bit） 写入数据 。 而 其它位，比如 第 2 位（bit） 的 入口双稳态门 处于 “0” 状态， 输出端 输出 0 ， 输出端 连接 的 开关 断开， 不能向 第 2 位（bit） 写入数据 。
也就是说， 同一时间， 只能 有一个 位 的 入口双稳态门 处于 “1” 状态， 其它位 的 入口双稳态门 都应该是 “0” 状态， 这样 同一时间 只有 一个 位 可以 写入数据 。
这就是 串行信号 转为 并行信号 的 基础 。
在 初始状态 下， 当 串行信号 的 第一个 脉冲 达到时， 第 1 位 的 入口稳态门 处于 “1” 状态， 开关接通， 所以 第一个 脉冲 就 通过开关 写入了 第 1 位 的 存储位（图中 下方 7 处） 。 存储位 也是一个 双稳态门， 利用 稳态开关 的 “稳态” 特性， 可以起到 “记忆”（存储器） 的 功能 。 比如， 脉冲 是 1， 则 双稳态门 就会 保持在 “1” 状态， 脉冲 是 “0”， 则 双稳态门 会 保持在 “0” 状态 。
与此同时， 脉冲 还会 通过 图中 3 处 的 电路， 转换为 “1” ， 输出到 图中 5 处 的 延时开关 。 图中 3 处 电路 的 意义 是 不管 脉冲 是 “1” 还是 “0”， 都 转为 “1” 。 也就是说， 只要有 串行信号 输入， 不管是 1 还是 0 ， 都会 触发 这个 延时开关 。
延时开关 的 意思 就是 ， 当 输入端 有 1 输入时， 延迟一段时间， 才在 输出端 输出 1 。
延时开关 输出的 1 会 触发 图中 2 处 的 双稳态门， 也就是 第 2 位 的 入口双稳态门， 这可以让 第 2 位 的 开关 接通， 使 第 2 位 进入 可以 写入数据 的 状态 。
同时， 延时开关 输出的 1 还会 通过另一条线路 经过 图中 9 处 的 “非”门， 再 到达 图中 1 处 的 双稳态门， 也就是 第 1 位 的 入口双稳态门 。
延时开关 输出的 1 经过 非门 后， 会变成 0， 这个 0 会 触发 第 1 位 的 入口双稳态门 变成 “0” 状态， 即 输出 0， 对应的 开关 会 断开， 第 1 位 会变成 不能 写入数据 的 状态 。
这样 就 完成了 写入 第 1 个 脉冲 的 过程 。
接下来 就可以 写入 第 2 个 脉冲 。 第 2 个 脉冲 将会写入 第 2 位（bit）存储位。
有一个 问题 是， 这里 为什么 要使用 “延时开关” 呢 ？
因为， 如果 不经过 延时， 图中 3 处 产生的 “1” 直接 输出到 图中 2 处 的 入口双稳态门 的 话， 会 立即 接通 第 2 位 的 开关， 使 第 2 位 立即 进入 可写入数据 的 状态 。 此时很有可能 第一个 脉冲 还没有结束， 也是 第一个脉冲 会 写入到 第 2 位， 这就产生了 错误 。
甚至， 如果 这个电路 有 多位（bit）， 比如 3 位（bit）、 4 位（bit） …… ， 则 有可能 会 触发 第 3 位 、 第 4 位 …… 也 进入 可写入 的 状态， 这样连续触发下去 。
这样 就 不对 了 。
可以 连续 触发 几位（几级）， 视 电路 的 传输速度 而 定 。 ^^
同时， 如果 不经过 延时， 图中 3 处 产生的 “1” 还会 经过 图中 9 处 的 非门 变成 “0” 触发 第 1 位 的 入口双稳态门 变为 “0”， 使得 第 1 位 的 开关 断开， 第 1 位 变成 不可写入 的 状态 。 但这时 第 1 位 的 写入 操作 还可能 没有完成 。会导致 写入 第 1 位 的 操作 也 发生错误 。
我们可以通过 串行信号（脉冲信号） 的 波形图 来 形象 的 说明 上面 这个过程 ：
上述过程 依次 向 下一位 递推， 直到 最后一位 。 如： 第 1 位 写入， 触发 第 2 位 接通， 第 1 位 断开； 第 2 位 写入， 触发 第 3 位 接通， 第 2 位 断开； 第 3 位 写入， 触发 第 4 位 接通， 第 3 位 断开； …… 。
当 到 最后一位 时， 会 反过来 触发 第 1 位 接通， 自己 断开， 同时 把 所有位 的 数据 写入 缓冲区 。 这样就完成了 一轮 接收 。 可以开始 下一轮 接收 。
当然， 最后一位 的 这个 执行过程 我们 略去了， 没有画出来 。
有关 延时开关， 可以参考 《RC 延时电路简要分析》
当然 延时开关 的 实现技术 是 多样的， 也有一些 新技术 。
延时开关 技术 可能 是 硬件技术 的 一个 关键技术 之一 。
因为 延时开关 的 反应速度 和 精度 关系到 串行转并行 电路 的 稳定性 和 传输速度 。
延时开关 反应速度 越快， 精度 越高， 就能支持 更高频率 的 串行信号， 串行信号 的 频率 越高， 传输速度 也 越快 。
大量数据 的 串行转并行 传输 需要 发送方 和 接收方 之间 发信号 通信协作， 也可以说是 发指令 。
可以把 发送方 称为 “串行设备”， 把 接收方 称为 “并行接口” 。
串行设备 会 发信号 通知 并行接口 准备发送数据， 并行接口 设置好 初始状态 后 发信号 通知 串行设备 可以发送数据，
感觉 好像 三次握手 ……
串行设备 发送数据， 双方 可以 约定 一次 发送多少 数据（Byte）， 比如 1 KB ， 则 接收完 1KB 后 并行接口 通知 操作系统，
操作系统 从 并行接口 的 缓冲区 中 读取 这 1KB 数据 到 内存， 完成后 通知 并行接口，
并行接口 发信号 通知 串行设备 继续 发送数据 。
如果 发送信号（指令） 的 线路 也是 串行线路（串行信号）， 那么 上文讨论的 串行转并行 的 原理 也适用于 发送接收 信号（指令）。
理论上， 本文原理 也 适用于 Modem（调制解调器） 和 USB 的 基础电路 和 基本原理 。
我们可能会碰到这样的情况， Modem 或者 路由器 使用的时间长了， 可能会出现 上不了网 的 情况 。 这时， 就 关掉一下， 放一下电， 等一会儿再打开 就可以上网了 。
这可能跟 上文 中 延时开关 的 原理 有关 。
延时开关 通常 会 用 电容 和 三极管 组成， 利用 电容 充电放电 的 特性 延时， 所以 电容 的 质量 和 延时开关 的 稳定性 和 精度 有 直接关系 。
这也是 关掉 Modem 或者 路由器 ， 放一下电， 等一会儿再开 就 又可以上网了 的 原因 吧 ！ ^^ ^^ ^^