UART与USART的区别

一、概念

UART：Universal 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

USART：Universal 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