UARTとは？シンプルで便利なシリアル通信の仕組みを解説！

組込 マイコン

1. UARTとは？

UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）は、非同期シリアル通信を行うためのプロトコルの一つで、マイコンやPC、センサー、モジュール間のデータ通信によく使われます。

UARTの特徴は、クロック信号なしで2本の信号線（TXとRX）だけで通信できることです。I²CやSPIと比べて配線がシンプルなため、多くの電子機器に採用されています。

2. UARTの基本構成

UART通信では、以下の2本のデータラインを使用します。

  1. TX（Transmit） 送信データライン
  2. RX（Receive） 受信データライン

📌 TXとRXをクロス接続するのがポイント！

[デバイスA] TX ───→ RX [デバイスB]
[デバイスA] RX ←─── TX [デバイスB]

💡 フルデュプレックス通信（送信と受信が同時に可能）

3. UARTの通信の仕組み

通信の基本ルール

UARTは非同期通信なので、データの送受信には一定のルール（フォーマット）を決めておく必要があります。

  1. ボーレート（Baud Rate）

    • 1秒間に転送するビット数（bps）。
    • 一般的なボーレート：9600, 115200, 57600, 38400 など。
    • 送受信デバイスでボーレートを揃える必要がある！

  2. データビット（Data Bits）

    • 1回の送信で送るデータの長さ（通常 8ビット）

  3. ストップビット（Stop Bit）

    • 送信の終わりを示す（通常 1ビットまたは 2ビット）

  4. パリティビット（Parity Bit）（エラーチェック用、基本は「なし」）

    • なし（None） / 偶数（Even） / 奇数（Odd）

📌 通信設定の例

115200 bps, 8ビットデータ, パリティなし, ストップビット1

4. UARTのメリット・デメリット

メリット

✅ 配線がシンプル（2本の信号線）
✅ 多くのデバイスが対応（PC, マイコン, センサー）
✅ 長距離通信が可能（数メートル〜数十メートル）

デメリット

❌ 1対1の通信が基本（複数デバイスと通信するには工夫が必要）
❌ ボーレートが違うと通信できない
❌ クロックなしなのでデータのズレ（ドリフト）が発生しやすい

5. UARTの活用例

  • PC ⇄ マイコン（Arduino, ESP32, STM32 など）
  • GPSモジュールとの通信
  • Bluetoothモジュール（HC-05 など）
  • センサー（温度・湿度センサーなど）
  • デバッグ用のシリアルコンソール（シリアルモニタ）

6. ArduinoでUART通信を使う

Arduinoでは、Serialライブラリを使うことで簡単にUART通信ができます。

PCとArduino間のシリアル通信

void setup() {
　Serial.begin(9600); // ボーレート9600bpsで通信開始
}
 
void loop() {
　Serial.println("Hello, UART!"); // シリアルモニタに文字を表示
　delay(1000);
}

📌 シリアルモニタを開くと "Hello, UART!" が1秒ごとに表示される！

Arduino同士でUART通信

// 送信側（Master）
void setup() {
　Serial.begin(9600);
}
 
void loop() {
　Serial.println("Arduinoから送信");
　delay(1000);
}
// 受信側（Slave）
void setup() {
　Serial.begin(9600);
}
 
void loop() {
　if (Serial.available()) { // 受信データがあるか確認
　　String data = Serial.readString(); // 受信データを文字列として取得
　　Serial.print("受信: ");
　　Serial.println(data);
　}
}

7. UART vs 他の通信規格（I²C, SPI）

プロトコル 配線数 速度 同時通信 用途
UART 2本（TX, RX） 中速（115200bps程度） 1対1 PC・マイコン通信, デバッグ
I²C 2本（SDA, SCL） 低速（400kbps程度） 複数台接続可 センサー・EEPROM
SPI 4本（MOSI, MISO, SCLK, SS） 高速（数Mbps以上） 1対多 SDカード・LCD・メモリ

💡 UARTは、デバッグやPCとの通信に最適！
💡 I²Cは、複数のデバイスとやりとりするのに便利！
💡 SPIは、高速通信が必要な場合に最適！

8. まとめ

✅ UARTはシンプルな2本の配線で非同期シリアル通信を実現！
✅ ボーレートやデータフォーマットを合わせないと通信できない！
✅ デバッグやPCとの通信、GPSやBluetoothモジュールとの接続に最適！