江苏广兴建设集团网站,wordpress每页不显示文章,酒店管理系统,域度设计网站在嵌入式系统和微控制器开发中#xff0c;串行通信是一个非常关键的概念#xff0c;涉及到不同设备之间的数据传输。常见的串行通信协议包括UART#xff08;Universal Asynchronous Receiver/Transmitter#xff09;和USART#xff08;Universal Synchronous/Asynchronous…在嵌入式系统和微控制器开发中串行通信是一个非常关键的概念涉及到不同设备之间的数据传输。常见的串行通信协议包括UARTUniversal Asynchronous Receiver/Transmitter和USARTUniversal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter。它们看似相似但在具体功能和应用场景上有明显的区别。
1. 通信模式异步与同步
首先理解UART和USART之间最根本的区别在于它们支持的通信模式。 UART通用异步收发器仅支持异步通信。这意味着数据传输时发送方和接收方并不共享时钟信号。它们通过设定一致的波特率来保持通信的同步性。虽然这种方式简化了通信线路但波特率的偏差可能导致数据传输错误。 USART通用同步/异步收发器支持两种模式异步通信和同步通信。与UART的异步模式相同USART也可以不使用时钟信号传输数据。但它的特别之处在于它还支持同步模式此时发送端和接收端通过共享同一时钟信号来实现数据同步。同步通信能够大幅提高传输速度并减少波特率差异带来的错误。
2. 帧结构与数据传输
UART的数据传输是基于帧Frame的。每一帧包含
起始位用于通知接收端即将开始的通信。数据位通常为8位或9位。校验位可选用于数据校验保证数据完整性。停止位用于通知接收端数据帧传输的结束。
USART异步模式与UART类似数据以帧的形式传输采用相同的帧结构。区别在于USART同步模式下数据传输可以不依赖起始位和停止位而是依赖时钟信号同步这让数据流更加连续并且时序控制更加精确。
3. 时钟信号的区别
UART完全依赖波特率来控制发送和接收的数据速率。虽然这减少了硬件需求不需要时钟信号线但波特率必须严格匹配否则可能出现同步问题导致数据丢失。
USART在同步模式下则通过**共享时钟信号SCK**来同步数据的发送和接收。时钟信号使得接收方可以准确判断何时读取每一个比特从而减少了由于波特率不匹配而导致的传输错误。此外同步模式下数据传输可以更高速且更加稳定。
4. 引脚数量
一个重要的硬件层面差异是所需引脚数量 UART模式下数据传输只需要两条数据线TX发送和RX接收外加接地线GND。 USART在同步模式下则多了一条时钟线SCK它负责发送同步信号给接收端。因此USART同步模式需要三条数据线TX、RX、SCK加上接地线。
这意味着USART在同步模式下比UART需要更多的硬件资源但也带来了更高的传输速率和精确度。
5. 波特率的灵活性与通信速率
UART的波特率是由系统内部的波特率生成器控制的但如果发送端和接收端的波特率配置得不精确可能会导致数据包不同步尤其在高波特率下这种问题更加明显。因此UART通常适合中低速的通信场景。
USART的同步通信模式由于有时钟信号的精确控制可以实现更高的传输速率且误码率相对更低。在许多高速、精确的数据传输场景中USART的同步模式是一种理想的选择。
6. 常见应用场景
由于UART和USART的特性不同它们也适用于不同的应用场景。 UART应用场景UART由于硬件简单、传输协议广泛应用通常用于低速、简化的通信场景。例如 蓝牙模块与微控制器通信GPS模块与计算机之间的数据传输调制解调器Modem与计算机之间的串行通信 USART应用场景USART的同步模式适合需要高带宽和精确控制的场景例如 高速数据采集系统微控制器与其他高速外设之间的数据传输串行外设接口SPI通信中USART也常用作同步通信的实现方式
7. 同步模式的优势与局限
USART同步模式虽然能显著提高数据传输速率但它也有一些局限性。例如硬件上需要额外的时钟信号引脚在系统设计时需要增加连线和控制逻辑。此外USART的同步模式在某些应用中可能需要额外的时钟管理器Clock Manager来确保时钟信号的稳定。
总结如何选择UART与USART
在选择UART或USART时应该首先考虑你的应用场景的具体需求
如果你的系统中不需要高精度的时钟同步且通信速率要求不高UART将是一个更简单且更实用的选择。如果你的应用需要更高的传输速率并且系统能够支持时钟信号的额外硬件成本那么USART的同步模式将为你提供更高效、更精确的数据传输。
