UART与USART的区别

一、概念UARTUniversal Asynchronous Receiver/Transmitter即通用异步收发器、通用异步串口仅异步通信无共享时钟依赖双方约定波特率每字节有起止位效率较低(70~80%)硬件简单成本低USARTUniversal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter即通用同步/异步收发器、通用同步异步串口同步 异步双模式同步模式有专用时钟线严格同步可连续传输无起止位开销效率高(100%)支持高级功能硬件流控、LIN总线、智能卡等二、区别二者的区别分为以下几点1、同步通信支持USART支持同步通信和异步通信而UART仅支持异步通信。同步模式如何工作在同步模式下USART会额外提供一条时钟信号线。发送方在时钟边沿输出数据接收方在对应的边沿采样数据。这使得通信双方严格步调一致无需起始/停止位数据帧可以连续传输效率更高。异步模式两者都支持依赖预先约定好的波特率每个字节数据包都有起始位和停止位是独立、不连续的。2、时钟需求USART需要一个时钟信号(CLK)来同步数据传输而UART不需要外部时钟信号。UART的数据传输完全依赖于波特率的设定而USART通过时钟信号来确保数据传输的同步。注这里的时钟信号特指通信线上的同步时钟而不是芯片的工作主时钟。两者都需要内部波特率发生器时钟来工作。3、数据传输速率由于USART支持同步通信因此在相同的波特率下USART能够实现更高的数据传输速率。相比之下JART的数据传输速率受限于异步通信的性质通常较低。在现实的高性能微控制器如STM32中USART模块在纯异步模式下的最高支持波特率通常也远高于UART模块。例如某型号MCU的USART最高可达6Mbps而UART可能只有1.5Mbps。因此即使只用异步模式选择USART也可能获得更高的速度上限。4、硬件复杂性USART相对于UART具有更复杂的硬件实现。由于支持同步通信和更高的数据传输速率USART需要更多的硬件资源来实现时钟信号的生成和同步处理。UART的硬件实现相对简单适用于一些低复杂性和低速率的应用。在一些低成本的8位单片机中可能只配备UART。而在复杂的32位ARM Cortex-M芯片中外设通常都是更全能的USART。5、灵活性与功能智能卡模式某些USART支持ISO7816智能卡协议用于SIM卡、银行卡读写等。LIN总线支持可用作LIN网络的主/从节点。硬件流控制对RTS/CTS信号的支持通常更标准用于防止数据丢失。多处理器通信支持地址唤醒功能可用于构建简单多机网络。可编程性更强数据位、停止位、校验位、时钟极性和相位等有更灵活的配置。6、应用场景的选择1优先选择UART的场景成本敏感、仅需简单异步串口打印/调试、低速传感器通信如GPS模块、某些温湿度传感器。经典例子Arduino Uno上的串口。2优先选择USART的场景需要与需要时钟信号的芯片如某些老式Modem、同步串行存储器通信。需要极高的异步通信波特率。需要LIN、智能卡等特定协议。在复杂的工业控制或多机通信中需要硬件流控制或多处理器管理。在拥有USART的现代MCU如STM32上默认就使用USART因为它兼容UART的所有功能且性能更强。三、对比接下来用一个表格对比UART和USART特性UART通用异步收发器USART通用同步/异步收发器核心区别仅异步同步异步通信时钟无需通信时钟线依赖双方约定波特率同步模式需专用时钟线CLK数据格式每帧有起始/停止位效率较低同步模式无起止位效率高异步模式与UART一致硬件复杂度简单成本低占用资源少复杂成本高占用硅片面积大最大速率较低≤1.5Mbps通常用于低速应用高可达6Mbps异步模式上线通常高于UART高级功能基础支持硬件流控、LIN、智能卡、多处理器通信等典型应用单片机调试输出、蓝牙模块、GPS模块、简单传感器高速Modem、芯片间同步通信、汽车LIN网络、需要流控的工业设备、高性能主控的默认串口