在嵌入式系统和微控制器的串行通信中，UART（通用异步收发器）和USART（通用同步/异步收发器）是两种常见的接口标准。尽管它们在名称上相似，但在功能和应用场景上存在显著差异。

一、基本概念

• UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）：是一种用于异步串行通信的硬件模块。它将并行数据转换为串行数据进行传输，接收端则将串行数据转换回并行数据。在UART通信中，发送和接收设备之间不共享时钟信号，而是通过约定的波特率来同步数据传输。

• USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter）：是一种支持同步和异步通信的硬件模块。在异步模式下，USART的工作方式与UART相同。在同步模式下，USART通过共享时钟信号来同步数据传输，从而提高传输速率和可靠性。

二、主要区别

1. 通信模式：

• UART：仅支持异步通信，即发送和接收设备之间不共享时钟信号。数据传输依赖于约定的波特率来同步。

• USART：支持同步和异步通信。在异步模式下，USART与UART相同；在同步模式下，USART通过共享时钟信号来同步数据传输。

2. 时钟信号：

• UART：不需要外部时钟信号。数据传输通过约定的波特率来同步。

• USART：在同步模式下，需要外部时钟信号来同步数据传输。在异步模式下，USART与UART相同，不需要外部时钟信号。

3. 数据传输速率：

• UART：由于不使用时钟信号，数据传输速率通常较低，适用于低速通信场景。

• USART：在同步模式下，通过共享时钟信号，可以实现更高的数据传输速率，适用于高速通信场景。

4. 硬件资源：

• UART：硬件实现相对简单，通常只需要数据线（TX和RX）即可。不需要额外的时钟线。

• USART：在同步模式下，需要额外的时钟线（SCK）来传输时钟信号。因此，硬件实现相对复杂。

5. 应用场景：

• UART：适用于对通信速率要求不高的场景，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等。

• USART：适用于对通信速率和实时性要求较高的场景，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等。

三、帧结构比较

在数据传输中，UART和USART的帧结构有所不同：

• UART：

• 起始位：用于通知接收端即将开始的数据传输，通常为1位。

• 数据位：通常为8位或9位，表示实际传输的数据。

• 校验位（可选）：用于检测数据传输中的错误。

• 停止位：用于通知接收端数据传输的结束，通常为1位或2位。

• USART：

• 在异步模式下，帧结构与UART相同。

• 在同步模式下，数据传输不依赖起始位和停止位，而是通过共享的时钟信号来同步数据传输。

四、选择建议

在选择UART或USART时，应根据具体的应用需求进行考虑：

• 如果应用对通信速率要求不高，且硬件资源有限，选择UART可能更为合适。

• 如果应用对通信速率和实时性要求较高，且硬件资源允许，选择USART的同步模式可能更为适合。

总之，UART和USART各有优缺点，选择时应综合考虑应用场景、硬件资源和性能需求。