1. 概述

1.1 同步通信原理

同步通信： 发送端在发送串行数据的同时，提供一个时钟信号，并按照一定的约定（例如：在时钟信号的上升沿的时候，将数据发送出去）发送数据，接收端根据发送端提供的时钟信号，以及大家的约定，接收数据。如：I2C、SPI等有时钟信号的协议，都属于这种通信方式。
IIC:

SPI:

同步通信中双方使用频率一致的时钟，它的数据分组比异步则大得多，称为一个数据帧。通过独特的 bit 串作为启停标识。发送方要以固定的节奏去发送数据，而接收方要时刻做好接收数据的准备，识别到前导码（同步字节：1-2个字节）后马上要开始接收数据了。同步这种方式中因为分组很大，很长一段数据才会有额外的辅助位负载，所以效率更高，更加适合对速度要求高的传输，当然这种通信对时序的要求也更高。

1.2 异步通信原理

异步通信： 接收方并不知道数据什么时候会到达，收发双方可以有各自自己的时钟。发送方发送的时间间隔可以不均，接收方是在数据的起始位和停止位的帮助下实现信息同步的。这种传输通常是很小的分组，比如：一个字符为一组，数据组配备起始位和结束位。所以这种传输方式的效率是比较低的，因为额外加入了很多的辅助位作为负载，常用在低速的传输中。

串口通信：
在异步通信方式中，发送方只发送数据帧，不传输时钟，发送和接收双方必须约定相同的传输率。当然双方实际工作速率不可能绝对相等，但是只要误差不超过一定的限度，就不会造成传输出错。

1.3 同步通信与异步通信区别：

（1）同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致，发送端发送连续的比特流；异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步，发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。

（2）同步通信效率高；异步通信效率较低。

（3）同步通信较复杂，双方时钟的允许误差较小；异步通信简单，双方时钟可允许一定误差。

（4）同步通信可用于点对多点；异步通信只适用于点对点。

1.4 异步通信的差错类型

异步通信过程中，可能发生的通信错误一般有3种：

（1）帧格式错：在应该接收到停止位的时候，接收到逻辑的 “0”，便产生帧格式错误；

（2）奇偶错：接收到的奇偶校验位错；

（3）覆盖错：通信接口接收到数据并存放到数据输入寄存器中，但是CPU没有及时来取，后面新接收的数据覆盖了前面收到的数据，叫做覆盖错。

发生帧格式错和奇偶错的原因可能为下面几种：

（1）发送和接收双方采用了不同的传输率，或虽然双方约定了相同的传输率，但传输率不可能绝对相等。在通信的速率比较高的情况下，如果双方的传输率误差达到一定的程度，也会造成通信出错。比如：主 MCU 与外设进行通信时，如果两边的频率偏差比较大，就可能造成误差的积累，最终导致传输过程中数据的错误。

（2）通信双方采用了不相同的帧格式；

（3） 干扰。

1.5 异步串行方式的数据格式

异步串行通信的数据一个字符一个字符地传输，每个字符一位一位地传输，并且传输一个字符时，总是以“起始位”开始，以“停止位”结束，字符之间没有固定的时间间隔要求。每一个字符的前面都有一位起始位(低电平)，字符本身由7位数据位组成，接着字符后面是一位校验位(检验位可以是奇校验、偶校验或无校验位)，最后是一位或一位半或二位停止位，停止位后面是不定长的空闲位，停止位和空闲位都规定为高电平。实际传输时每一位的信号宽度与波特率有关，波特率越高，宽度越小，在进行传输之前，双方一定要使用同一个波特率设置。

异步串行通信的数据每个字符（每帧信息）由 4 个部分组成：

（1）1 位起始位，规定为低电0；

（2）5～8 位数据位，即要传送的有效信息；

（3）1 位奇偶校验位；

（4）1～2 位停止位，规定为高电平 1。

1.6 通信传输速率=

波特率：

电子通信领域，波特率即调制速率，指的是信号被调制以后在单位时间内的波特数，即单位时间内载波参数变化的次数。它是对信号传输速率的一种度量，通常以“波特每秒”（Bps）为单位。 波特率有时候会同比特率混淆，实际上后者是对信息传输速率（传信率）的度量。波特率可以被理解为单位时间内传输码元符号的个数（传符号率），通过不同的调制方法可以在一个码元上负载多个比特信息。

波特率与比特率：

比特率： 在数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位 (bit) 数来表示，其单位为每秒比特数 bit/s(bps)、每秒千比特数 (Kbps) 或每秒兆比特数 (Mbps) 来表示。

波特率： 指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，其单位为波特(Baud)。 波特率与比特率的关系为：比特率 = 波特率 X 单个调制状态对应的二进制位数。

显然，两相调制(单个调制状态对应 1 个二进制位)的比特率等于波特率；四相调制(单个调制状态对应 2 个二进制位)的比特率为波特率的两倍；八相调制(单个调制状态对应 3 个二进制位)的比特率为波特率的三倍；依次类推。

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参考:

1.同步串行与异步串行通信

2.串口通信技术浅析

3.同步通信与异步通信区别

4.通俗理解同步通信与异步通信