uartとusartの違いをわかりやすく徹底解説！中学生にも伝わる入門ガイド

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uartとusartの違いを徹底解説

この2つの名前はよく混同されがちですが、実は役割の違いと使い方がしっかり分かれています。UARTはほとんどのマイクロコントローラや周辺機器で基本的な“非同期の送受信”を担当する標準的な機能です。USARTはその名のとおり“ユニバーサルな同期/非同期受信送信器”で、状況に応じて同期モードを使うことができる設計になっています。イメージとしては、UARTは自分の時計を使わず、相手のタイミングに合わせてデータを送るラジオのようなもの、USARTは時計を使ってデータをピッチのように合わせて送る“ダンスのリズムを決められる”機械のような感じです。これを理解すると、回路図を見ただけで“このモジュールはどっちだ？”と悩む時間が減ります。

ここで大事なのは「非同期」と「同期」の違いを押さえることです。非同期は送信側と受信側が同じ clock を共有せず、それぞれの機械が自分のタイミングでデータを作るため、スタートビットとストップビットでデータの始まりと終わりを示します。同期は送信側と受信側が同じ時計を使い、データを一定のリズムで送るため、追加のクロック信号や共有のClockラインが出てきます。この違いを把握しておくと、部品選びや配線の設計がぐんと楽になります。

この章では、UARTとUSARTの基本的な定義と、どんな状況で使われるかを分かりやすく整理します。UARTは「低コスト・長距離ではなく、近距離の周辺機器同士の通信」に向き、USARTは「柔軟性が高く、必要に応じて同期モードを使える」という特徴があります。初期の教育用ボードやセンサー通信では UART が広く用いられ、より複雑なシステムや信号の安定性を重視する場面では USART が選ばれることが多いです。

基本的な違いとその意味

まず頭に入れておきたいのは、「クロックを共有するかどうか」と「データ転送の方式が非同期か同期か」の2点です。UARTは相手の時計に依存せず、データを飛ばして受け取り側が自分のタイミングで読み取ります。これが非同期通信の特徴です。対してUSARTは、同期モードを使えば外部のクロックを共有してデータを正確なリズムで送ることができます。つまり USARTは同期と非同期の両方を扱える“万能選手”ということになります。この柔軟性が、複雑な組み込み機器や高精度の通信要件を持つシステムで評価される理由です。

もう少し具体的に言うと、UARTは通常、スタートビット・データビット・パリティ（任意）・ストップビットという形式で1ビットずつデータを送ります。受信側はこの並びを同じ規則で解読します。USARTは同じビット構成を使いますが、同期モード時にはクロック信号を用いてデータを一定の間隔で受信・送信する点が追加の特徴です。これにより、データの長さが長くても信号のズレが少なくなり、ノイズの影響を受けにくくなります。

実務での使い分けのコツ

実務では、まず通信距離とノイズ環境を考えます。近距離でノイズが少ない場合は、UARTを選ぶと回路がシンプルで安定します。距離が長く、ノイズが多い環境や、外部デバイスが同期機能を要求するケースではUSARTを検討しましょう。例えば、複数のモジュールを同じボード上で連携させるようなケースでは、同期モードを使ってデータの誤りを減らす選択が有効です。さらに、ボーレートの設定を誤ると受信側の読み取りがずれてしまいます。両者ともブリッジ回路が必要になることがありますが、USARTは同期機能を使えばブリッジの実装が楽になる場合があります。

要点をまとめると、UARTはシンプルで信頼性の高い非同期通信、USARTは必要に応じて同期モードも使える柔軟性を持つ、この2つを押さえておけば多くの回路設計で困ることは少なくなります。最後に、機材のデータシートを読むときは「このモジュールは同期機能を持つか」「ボーレートの設定はどうするか」を中心にチェックしましょう。表の中身も含めて理解を深めると、実際の設計時に迷う時間がかなり減ります。

表で見る違いと選び方

ここでは、UARTとUSARTの主要な違いを一目で確認できる表を用意しました。表を見ながら自分の用途を思い出してみてください。それぞれの特性を頭に入れておくと、回路図を描くときにも迷いが減ります。

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項目	UART	USART
基本動作	非同期の送受信	非同期/同期の両方対応
クロック	時計を共有せず相手の時計に合わせる	外部/内部クロックを使用して同期可能
データ形式	スタートビット/データビット/パリティ/ストップビット	同上、同期モード時はクロック同期
用途の目安	安価で短距離の周辺機器向け	柔軟性が高く、同期が必要な場面向け

実務では、デバイスのマニュアルを必ず確認し、必要な機能とボーレートの安定性を照らし合わせて選択します。最終的には自分のプロジェクトの要件に最も近い方を選ぶのが正解です。この先、あなたが回路を設計するときにも、この違いを思い出すだけで、初期のつまずきがぐんと減るはずです。

ピックアップ解説

今日は友達とカフェでUSARTの話をしていたとき、彼は『同期ってなんだろう？』とつぶやきました。私はコーヒーの香りを楽しみつつ、USARTには非同期モードと同期モードという2つの表情があることを思い出させました。同期モードでは、時計を共有してデータを“ピッタリ”揃えて送る感じ。これがあるおかげで、ノイズやビットのズレが少なくなり、長い距離や回路が複雑になる場面での信頼性が増すのです。一方で、非同期モードだけを使う UART の簡潔さも魅力。彼は「結局、どっちがいいの？」と聞いてきました。私は答えました。「使い方次第。距離が短く、回路をシンプルに保ちたいなら UART、より柔軟性と安定性を求めるなら USART を選ぶのが無難だよ。」この会話の中で、互いに回路図を指さしながら、どの場面でどちらが適しているかを実感しました。ちょっとした雑談の中にも、技術の選択には目的と場面が強く影響するという教訓がありました。

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