R&D奇譚 第2期：USART的同步和異步區(qū)別？

wm ：

各位，我用stm32的串口來給電腦傳輸數(shù)據(jù)，到底用的同步通訊還是異步通訊？

Mr.杜 ：

異步

wm ：

@Mr.杜 何以見得？

.舒燦：

分清同步和異步的本質(zhì)，你就會有見得了

wm ：

我知道他們的區(qū)別，但是我不知道哪兒控制著他們

0114 0112 0127：

cubemx 配置

藍(lán)色雨：

串口無論怎么控制都是異步的啊

wm：

@藍(lán)色雨，USART可以進(jìn)行同步通訊

藍(lán)色雨：

先理解一下同步和異步的概念，不傳輸時(shí)鐘的通訊都是異步的

0114 0112 0127：

@藍(lán)色雨，這個(gè)跟站的角度有關(guān)，不是這么說的。

我們暫且不關(guān)注如何配置同步和異步工作方式，先關(guān)注到底什么是同步與異步，對此大家已經(jīng)有不同的理解。

這個(gè)問題，其實(shí)這么多年，我也沒搞清楚。

wuya：

串口同步、異步，我也沒搞清楚過，用的都是異步。有用過同步的大神嗎？

APaul：

剛畢業(yè)時(shí)，面試的問我異步電路和同步電路哪個(gè)更好？工作十年后，再次被面試的問同步通信的事情，我說光纖這個(gè)沒時(shí)鐘信號應(yīng)該是異步的，他說這是同步的，后來關(guān)于同步還是異步的理解就變復(fù)雜了。

揚(yáng)帆起航：

我也被問過，一直就沒弄明白

看來不清楚這個(gè)問題的人大有存在。

APaul：

一根線的通信隱含時(shí)鐘，其實(shí)要本地時(shí)鐘采樣對齊才能得到數(shù)據(jù)，一般是過采樣或相位偏移采樣處理的，這個(gè)FPGA中做通信的用的多。一般的串口通信要波特率一樣，也是接收端要16倍采樣處理的，這些有人說是同步的，因?yàn)檫@是基于頻率的，也有人說是異步的，因?yàn)闆]有一個(gè)時(shí)鐘線用來邊沿采樣。

那么STM32這個(gè)串口的具體例子來說，一般說串口不帶時(shí)鐘線就是異步的，而SPI那種帶時(shí)鐘線就是同步的。UART也可配成帶時(shí)鐘線的用法，類似SPI，也就成了同步串口了，這么說大家都可以理解。

wuya：

什么情況下 stm32 串口需要帶時(shí)鐘線呢？

APaul：

一般不用，因?yàn)樗械拇?，尤其是?jì)算機(jī)的串口，都沒時(shí)鐘線。

只有那種非要把它當(dāng)SPI來用的情況，才配成同步的，這是可能是波特率可以高很多吧

帶時(shí)鐘線的串口，就是類似SPI的，比如接收端上升沿采樣，發(fā)送端下降沿改變輸出，一次傳一個(gè)字節(jié)等等

異步通信，或者說是隱含時(shí)鐘的同步通信，沒單獨(dú)的時(shí)鐘線，發(fā)送方和接收方的本地時(shí)鐘頻率肯定有差異，這需要過采樣后根據(jù)多倍的01變化來解決頻率差的問題。串口波特率是有個(gè)誤差范圍的，接收方 可以在一定范圍內(nèi)承受頻率差異。

HQY：

@Apaul，大佬，通俗易懂。

之前搞了那么多年，只是知道USART 和 UART 是有同步區(qū)別的，這么一說才發(fā)現(xiàn)差差異點(diǎn)有一個(gè)CLK，竟然從沒注意過

wm：

只有帶clk 顯得才能說同步啊

Guo：

我覺得用數(shù)據(jù)恢復(fù)的時(shí)鐘不能叫同步。

同步應(yīng)該收發(fā)用同一個(gè)時(shí)鐘。

APaul：

可以這么簡單的說，但在一些通信上，比如光纖，或者基于bit流的RS485通信，都會說是隱含時(shí)鐘的同步通信。

wm：

@APaul?隱含時(shí)鐘具體是指用過采樣來確定每一位么

APaul：

差不多這意思吧

藍(lán)色雨：

有種正交編碼的方式，數(shù)據(jù)線上隱含時(shí)鐘信號。

MIPI的LP模式就是這樣的

wm：

那這樣說所有的通信都是同步

APaul：

寬泛的理解就是雙方必須基于相同的頻率才能通信，不然任何方法都不能正確判斷出bit來，這就是同步

藍(lán)色雨：

就像CAN通訊里有同步域和位填充來保證時(shí)鐘同步，但是本質(zhì)上還是異步通訊的

wm：

@Apual，相同的頻率指什么？

APaul：

頻率的一定范圍內(nèi)的誤差，可以通過邊沿重對齊，過采樣去抖動來解決，這樣就要求數(shù)據(jù)必須不斷的變化，變化才能隱含時(shí)鐘。

要是給個(gè)直流電平過去，告訴它我這發(fā)的是一串1，它打死也認(rèn)不出這是多少個(gè)1來，變化的隔間大到一定程度，時(shí)鐘對齊就失效了，哪怕錯(cuò)了1個(gè)bit，往往導(dǎo)致一幀數(shù)據(jù)都錯(cuò)了，所以由誤碼率的說法，也有幀同步的概念。

相同的頻率就是那個(gè)約定好的波特率

總結(jié)一下：

1. USART中的同步通信，需要發(fā)送方和接收方共用一個(gè)clock。換句話說，發(fā)送方提供一個(gè)clock或其他timing signal，接收方從而知道什么時(shí)候去讀取下一位數(shù)據(jù)。

在同步傳輸方式下，數(shù)據(jù)在一條線上傳輸，clock在另外一條線上傳輸。

同步通信通常效率更高，因?yàn)橹粋鬏攲?shí)際數(shù)據(jù)，而無需其他bits，像start bit、stop bit 等。

2. USART中的異步通信，不需要發(fā)送方發(fā)送時(shí)鐘信號即可通信。但是需要收發(fā)雙方事先在某些方面做好約定，以用于同步，比如增加起始位、結(jié)束位、奇偶校驗(yàn)位等，需要事先知道波特率。

3. 不管哪種通信方式，其實(shí)都涉及到同步的概念，從這個(gè)角度來說，也都可寬泛的稱之為同步通信。

看完上述大家的討論，對同步和異步的概念，你有什么想說的呢？歡迎評論區(qū)留言。留言點(diǎn)贊數(shù)前3名(點(diǎn)贊數(shù)相同按照評論先后順序排名)，送TopSemic定制Logo的32G U盤一個(gè)，截止日期10月7日中午12點(diǎn)。

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