R&D奇谭 第2期：USART的同步和异步区别？

TopSemic嵌入式交流群里，有个群友问了一个关于串口同步和异步通信的问题，引起了大家激烈的讨论，在此分享给大家。

wm ：

各位，我用stm32的串口来给电脑传输数据，到底用的同步通讯还是异步通讯？

(资料图片)

Mr.杜 ：

异步

wm ：

@Mr.杜 何以见得？

.舒灿：

分清同步和异步的本质，你就会有见得了

wm ：

我知道他们的区别，但是我不知道哪儿控制着他们

0114 0112 0127：

cubemx 配置

蓝色雨：

串口无论怎么控制都是异步的啊

wm：

@蓝色雨，USART可以进行同步通讯

蓝色雨：

先理解一下同步和异步的概念，不传输时钟的通讯都是异步的

0114 0112 0127：

@蓝色雨，这个跟站的角度有关，不是这么说的。

我们暂且不关注如何配置同步和异步工作方式，先关注到底什么是同步与异步，对此大家已经有不同的理解。

这个问题，其实这么多年，我也没搞清楚。

wuya：

串口同步、异步，我也没搞清楚过，用的都是异步。有用过同步的大神吗？

APaul：

刚毕业时，面试的问我异步电路和同步电路哪个更好？工作十年后，再次被面试的问同步通信的事情，我说光纤这个没时钟信号应该是异步的，他说这是同步的，后来关于同步还是异步的理解就变复杂了。

扬帆起航：

我也被问过，一直就没弄明白

看来不清楚这个问题的人大有存在。

APaul：

一根线的通信隐含时钟，其实要本地时钟采样对齐才能得到数据，一般是过采样或相位偏移采样处理的，这个FPGA中做通信的用的多。一般的串口通信要波特率一样，也是接收端要16倍采样处理的，这些有人说是同步的，因为这是基于频率的，也有人说是异步的，因为没有一个时钟线用来边沿采样。

那么STM32这个串口的具体例子来说，一般说串口不带时钟线就是异步的，而SPI那种带时钟线就是同步的。UART也可配成带时钟线的用法，类似SPI，也就成了同步串口了，这么说大家都可以理解。

wuya：

什么情况下 stm32 串口需要带时钟线呢？

APaul：

一般不用，因为所有的串口，尤其是计算机的串口，都没时钟线。

只有那种非要把它当SPI来用的情况，才配成同步的，这是可能是波特率可以高很多吧

带时钟线的串口，就是类似SPI的，比如接收端上升沿采样，发送端下降沿改变输出，一次传一个字节等等

异步通信，或者说是隐含时钟的同步通信，没单独的时钟线，发送方和接收方的本地时钟频率肯定有差异，这需要过采样后根据多倍的01变化来解决频率差的问题。串口波特率是有个误差范围的，接收方 可以在一定范围内承受频率差异。

HQY：

@Apaul，大佬，通俗易懂。

之前搞了那么多年，只是知道USART 和 UART 是有同步区别的，这么一说才发现差差异点有一个CLK，竟然从没注意过

wm：

只有带clk 显得才能说同步啊

Guo：

我觉得用数据恢复的时钟不能叫同步。

同步应该收发用同一个时钟。

APaul：

可以这么简单的说，但在一些通信上，比如光纤，或者基于bit流的RS485通信，都会说是隐含时钟的同步通信。

wm：

@APaul 隐含时钟具体是指用过采样来确定每一位么

APaul：

差不多这意思吧

蓝色雨：

有种正交编码的方式，数据线上隐含时钟信号。

MIPI的LP模式就是这样的

wm：

那这样说所有的通信都是同步

APaul：

宽泛的理解就是双方必须基于相同的频率才能通信，不然任何方法都不能正确判断出bit来，这就是同步

蓝色雨：

就像CAN通讯里有同步域和位填充来保证时钟同步，但是本质上还是异步通讯的

wm：

@Apual，相同的频率指什么？

APaul：

频率的一定范围内的误差，可以通过边沿重对齐，过采样去抖动来解决，这样就要求数据必须不断的变化，变化才能隐含时钟。

要是给个直流电平过去，告诉它我这发的是一串1，它打死也认不出这是多少个1来，变化的隔间大到一定程度，时钟对齐就失效了，哪怕错了1个bit，往往导致一帧数据都错了，所以由误码率的说法，也有帧同步的概念。

相同的频率就是那个约定好的波特率

总结一下：

1. USART中的同步通信，需要发送方和接收方共用一个clock。换句话说，发送方提供一个clock或其他timing signal，接收方从而知道什么时候去读取下一位数据。

在同步传输方式下，数据在一条线上传输，clock在另外一条线上传输。

同步通信通常效率更高，因为只传输实际数据，而无需其他bits，像start bit、stop bit 等。

2. USART中的异步通信，不需要发送方发送时钟信号即可通信。但是需要收发双方事先在某些方面做好约定，以用于同步，比如增加起始位、结束位、奇偶校验位等，需要事先知道波特率。

3. 不管哪种通信方式，其实都涉及到同步的概念，从这个角度来说，也都可宽泛的称之为同步通信。

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