在 UART/USART 的开发中，异步模式和同步模式的选用取决于具体的应用场景、硬件支持、通信需求以及开发复杂度等因素。两者在数据传输方式、硬件要求和适用场景上有显著差异。以下将详细讲解异步模式和同步模式的区别，并分析在实际开发中如何选择使用，结合 STM32 等 MCU 的实际开发经验提供指导。
目录
一、异步模式与同步模式的区别
1. 异步模式
2. 同步模式
3. 对比表格
二、在实际开发中的选择依据
1. 通信速率需求
2. 硬件支持与连线复杂度
3. 数据传输的连续性
4. 开发复杂度与调试
5. 目标设备兼容性
6. 功耗需求
三、实际开发中的选择示例
1. 场景一：与 HC-05 蓝牙模块通信
2. 场景二：高速数据采集与传输
3. 场景三：调试日志输出
四、STM32 中的具体支持
配置示例（STM32CubeMX）
五、选择使用的指导原则
六、总结
一、异步模式与同步模式的区别
1. 异步模式
定义：数据传输无需外部时钟信号，发送方和接收方通过预设的波特率（Baud Rate）保持时间同步。
数据帧：
包含起始位（Start Bit）、数据位（Data Bits）、校验位（可选，Parity Bit）和停止位（Stop Bits）。
典型格式：8N1（8位数据，无校验，1位停止位）。
硬件要求：
仅需两根线：TX（发送）和 RX（接收）。
无需额外的时钟线。
传输方式：
数据以帧为单位发送，每帧之间可能有空闲时间。
发送和接收独立进行，适合非连续数据传输。
2. 同步模式
定义：数据传输依赖外部时钟信号，发送方通过时钟线（CLK）同步数据，接收方根据时钟边沿采样。
数据帧：
仅包含数据位，无起始位和停止位。
数据连续传输，无空闲间隔。
硬件要求：
需要三根线：TX（发送）、RX（接收）和 CLK（时钟）。
发送方必须提供时钟信号。
传输方式：
数据连续传输，适合高速、大批量数据场景。
发送和接收严格同步，依赖时钟信号。
3. 对比表格
特性
异步模式
同步模式
时钟信号
无需外部时钟
需外部时钟（CLK）
数据帧
有起始位和停止位
无起始位和停止位
硬件连线
TX、RX（2线）
TX、RX、CLK（3线）
传输效率
较低（额外位开销）
较高（无额外位）
速率范围
低至中等（~Mbps）
中至高（~10 Mbps）
实现复杂度
简单
较复杂
典型应用
串口调试、模块通信
高速数据传输
二、在实际开发中的选择依据
选择异步模式还是同步模式，需要综合考虑以下因素：
1. 通信速率需求
异步模式：
适合低速至中等速率（几百 bps 至数 Mbps）。
起始位和停止位占用约 20% 的带宽（以 8N1 为例，10位传输8位数据），效率较低。
示例：9600 bps、115200 bps，常见于调试或模块通信。
同步模式：
适合中速至高速传输（数 Mbps 至 10 Mbps）。
无起始位和停止位，带宽利用率高，适合连续大数据量传输。
示例：STM32 USART 在同步模式下可达 4.5 Mbps（72 MHz 时钟）。
选择建议：
如果速率需求 < 1 Mbps，异步模式足够且简单。
如果速率需求 > 1 Mbps 或需要高效率，考虑同步模式。
2. 硬件支持与连线复杂度
异步模式：
仅需 TX 和 RX 两根线，硬件连接简单。
大多数 MCU 和模块（如 HC-05、ESP8266）默认支持异步模式。
同步模式：
需额外 CLK 线，增加硬件连线和引脚需求。
接收设备必须支持同步模式，且硬件设计需考虑时钟信号的传输。
选择建议：
如果硬件资源有限（如引脚不足）或目标设备不支持同步，选择异步模式。
如果硬件支持 CLK 且引脚充足，同步模式可提升性能。
3. 数据传输的连续性
异步模式：
数据分帧传输，帧间可能有空闲时间，适合非连续或突发数据。
示例：传感器数据每秒发送一次，数据量小且间歇性。
同步模式：
数据连续传输，无帧间空闲，适合实时、大批量数据。
示例：音频流传输、视频数据流。
选择建议：
非连续数据（如调试日志、命令控制）选异步模式。
连续数据（如流媒体、实时采集）选同步模式。
4. 开发复杂度与调试
异步模式：
配置简单，仅需设置波特率和帧格式。
调试工具（如串口助手）广泛支持，便于开发和验证。
同步模式：
配置复杂，需管理时钟信号和同步逻辑。
调试难度较高，需示波器或逻辑分析仪验证时钟和数据。
选择建议：
开发初期或简单项目，优先异步模式。
高性能或特定需求项目，考虑同步模式。
5. 目标设备兼容性
异步模式：
通用性强，几乎所有串口设备支持（如 PC、蓝牙模块、GPS）。
同步模式：
兼容性有限，仅部分设备支持（如某些 SPI-like 设备）。
选择建议：
如果目标设备仅支持异步（如 HC-05），必须用异步模式。
如果双方硬件均支持同步（如 MCU 到 MCU），可选择同步模式。