UARTとUSBの違いを解説！中学生にもわかる実践ガイド

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UARTとUSBの違いを理解するための基本

ここでは「UART」と「USB」という2つの技術がどの場面で使われ、どう違うのかをやさしく解説します。まず大切なのは、 UARTは1対1の"配線物"であり、USBは複数機器を接続できる"規格の仕組み"だという点です。UARTは古くからあるシリアル通信の基本で、マイコンとセンサ、あるいは別のマイコンが直接おしゃべりするための道具です。一方、USBはプリンタやスマホ、ハブのように複数の機器を同時につなぎ、供給電力もわかりやすく管理してくれる、より大きな仕組みです。
この違いを知ると、なぜ「接続したい相手がUARTを使っていないと通信が成立しないのか」や「USBケーブルをさすのにコネクタの形が違うのはなぜか」が理解できます。両者の違いを要約すると、「UARTは点と点の会話を前提とする低レベルの通信、USBは複数機器を扱える高レベルの規格」ということになります。

この導入は、実習や趣味の工作に役立ちます。例えばマイコンの初心者がセンサーを読み取るとき、 UARTのボーレートを正しく設定できるかどうかでデータが正しく届くかが決まります。USBはPCと直接つながるときに真価を発揮し、ドライバや認識の話がついて回ります。
初心者がつまずきやすい「ボーレートの違い」や「摩耗しやすいコネクタの形状」なども、ここで押さえると後の学習が楽になります。

詳しく比較するポイントと選び方

ここからは、実務の場面を想定して比較します。物理層の差、データ形式、速度、電源、接続性、用途、互換性、選び方、注意点を順に見ていきます。
以下のポイントを押さえると、現場での機器選択がスムーズになります。

• 物理層と信号 UARTは通常2本の線（Tx/Rx）とGNDで、信号はスタートビットとストップビットで区切られます。USBは4本以上の差動信号と複雑なハンドシェイクを使い、同時接続を想定しています。
• 接続性と構造 UARTは1対1の“点と点”通信。USBはホストとデバイスの階層を持ち、ハブを介して複数機器を接続できます。 hot-plug（挿し直し時の認識）にも対応します。
• データ形式とプロトコル UARTはスタートビット・データビット・パリティ・ストップビットなどを用いる、比較的シンプルな非同期通信。USBはデバイスの認識・列挙・エンドポイントという複雑なプロトコルで動作します。
• 速度と帯域 UARTは一般に9600〜115200bps程度が多いですが、ボーレートを上げると長距離では誤りが増えることも。USBはUSB 2.0で最大480Mbps、USB 3.xではさらに高速です。
• 電力供給と用途 UARTは通常電力を供給しません（外部電源が必要な場合が多い）。USBは規格上の電力供給があり、周辺機器の給電が可能です。
• 互換性と注意点 UARTはレベルシフト（TTL vs RS-232）など、電圧レベルの違いに注意が必要です。USBはドライバや規格のバージョン差により、機器認識の挙動が異なることがあります。
• 用途の目安 UARTはマイコン同士の直接通信やセンサーとの接続に適しています。USBはPC接続、周辺機器、データ転送と電力供給を同時に行う用途に向いています。
• 選び方の指針 目的が「低レベルで安定した1対1通信」ならUART。目的が「PC連携・多機器接続・電力供給」ならUSBを選ぶと良いです。
• 実務での注意点 電圧レベルの適合、ケーブルの品質、コネクタの耐久性、路線上のノイズ対策を意識します。UARTは適切なボーレート設定とエラー検出が重要、USBは機器認識とドライバ関連の設定が鍵になります。

このように、 UARTとUSBは“役割が異なる道具”です。実際の現場では、どちらを選ぶかは接続相手、目的、電力供給の要件、そして信頼性の要件によって決まります。
次の章では、用途別の具体的なケースと、初心者がつまずきやすいポイントを整理します。

ピックアップ解説

USBの話題を深掘りすると、給電と通信の関係がとても重要だと気づきます。USBは1本のケーブルでデータと電力を同時に扱える便利さが魅力ですが、実際には機器側の消費電力要求やバージョン差を気にする必要があります。学校の実験でも、長さの違うケーブルで通信が安定するかどうか、USB-CのPower Deliveryでどこまで給電できるのか、そんな小さな判断が実験の成否を分けることがあります。こうした現象を知っていると、ハードウェアの設計や実習の計画がぐっと現実的になります。

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