UART 통신 완벽 정리 – 개념부터 활용까지

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)는 직렬 데이터 통신 방식 중 하나로,
마이크로컨트롤러(MCU), 센서, 모듈 간 데이터 교환을 위해 널리 사용된다.
RS485, RS422, CAN과 달리 하드웨어적으로 간단하고 저비용으로 구현할 수 있는 특징이 있다.

이번 글에서는 UART의 개념, 동작 원리, RS485 및 TCP/IP와의 차이점, 활용 방법까지 상세히 알아보겠다.

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1. UART란?

UART(범용 비동기 송수신기)는 비동기 직렬 통신 방식으로,
두 개의 장치가 간단한 배선을 통해 데이터를 주고받을 수 있도록 설계된 하드웨어 인터페이스이다.

✅ 비동기(Asynchronous) 방식 – 별도의 클럭 신호 없이 데이터 전송 가능
✅ 하드웨어 비용이 낮고, 간단한 회로로 구현 가능
✅ 마이크로컨트롤러(MCU), 센서, 모듈 간 데이터 통신에 최적화됨

📌 UART는 저속 데이터 전송에 적합하며, 기본적인 MCU 간 직렬 통신에 주로 사용된다.

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2. UART의 주요 특징

① 비동기 통신 (Asynchronous Communication)

UART는 별도의 클럭 신호 없이 송·수신 장치가 같은 전송 속도(Baud Rate)를 설정하여 데이터를 주고받는다.
즉, 송신 측과 수신 측이 동일한 전송 속도를 유지해야 데이터 손실이 발생하지 않는다.

✅ UART는 송·수신 속도가 맞지 않으면 통신 오류가 발생할 수 있음

② 직렬 데이터 전송 (Serial Communication)

UART는 한 번에 한 비트씩 데이터를 전송하는 직렬 통신 방식이다.
하나의 라인을 통해 데이터를 주고받기 때문에 하드웨어 구성이 단순하다.

📌 RS232, RS485, SPI, I2C 등과 함께 직렬 통신 방식의 한 종류이다.

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③ UART 프레임 구조

UART 데이터는 프레임(Frame) 단위로 전송되며,
각 프레임은 **스타트 비트(Start Bit), 데이터 비트(Data Bits), 패리티 비트(Parity Bit, 선택 사항), 스톱 비트(Stop Bit)**로 구성된다.

필드 역할 설명

Start Bit	데이터 시작 표시	1비트 (Low 신호)
Data Bits	실제 데이터	5~8비트 설정 가능
Parity Bit (선택사항)	오류 검출	짝수/홀수 패리티 선택 가능
Stop Bit	데이터 끝 표시	1~2비트 설정 가능

✅ 스타트 비트는 1비트(LOW)로 시작하며, 데이터 전송 후 스톱 비트(1~2비트 HIGH)를 포함한다.

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3. UART의 동작 원리

1️⃣ 송신 장치에서 데이터를 프레임 구조로 변환하여 전송
2️⃣ 수신 장치는 동일한 전송 속도(Baud Rate)로 데이터를 읽고 복원
3️⃣ 패리티 비트(선택 사항)를 사용하여 데이터 오류를 검출
4️⃣ 필요한 경우, 송·수신 장치 간 응답(ACK/NACK)을 전송하여 데이터 무결성 확인

✅ 비동기 방식이므로 클럭 신호 없이도 송·수신이 가능하지만, 두 장치의 Baud Rate가 맞아야 정상적인 통신이 가능하다.

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4. UART vs. RS485 vs. TCP/IP 비교

항목 UART RS485 TCP/IP

통신 방식	직렬 (비동기)	차동 신호 기반 직렬	패킷 기반 네트워크
데이터 전송 속도	최대 1Mbps	최대 10Mbps	기가비트(Gbps) 가능
최대 거리	15m 이하	1200m	거리 제한 없음
연결 방식	1:1 (Tx-Rx)	다중 노드 (최대 32개)	글로벌 네트워크
하드웨어 복잡성	낮음	중간	높음
주요 사용 분야	MCU 간 통신, 센서	산업 자동화	인터넷, 클라우드

📌 UART는 단순한 1:1 연결에 적합하며, 복잡한 네트워크 구성이 필요하지 않다.

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5. UART의 활용 분야

🛠 임베디드 시스템 – 마이크로컨트롤러(MCU) 간 데이터 전송
📡 센서 네트워크 – 온도, 습도, 압력 센서와의 통신
🔌 IoT 디바이스 – 무선 모듈(ESP8266, Zigbee) 통신
💻 디버깅 및 로깅 – USB-to-Serial 어댑터를 이용한 PC 연결

✅ UART는 저속 데이터 전송이 필요한 경우 가장 간단한 직렬 통신 방식으로 사용된다.

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6. UART 설정 및 통신 방법

📌 기본 설정 항목

1️⃣ Baud Rate – 송·수신 장치가 같은 속도로 설정해야 함 (예: 9600bps, 115200bps)
2️⃣ 데이터 비트(Data Bits) – 기본 8비트 사용
3️⃣ 패리티 비트(Parity Bit) – 오류 검출을 위해 선택 가능
4️⃣ 스톱 비트(Stop Bit) – 1비트 또는 2비트 설정

📌 하드웨어 연결 방법

• Tx(송신) ↔ Rx(수신) 크로스 연결
• GND(접지) 연결 필요

📌 UART 통신 시, 송신(Tx)과 수신(Rx) 라인을 반드시 교차 연결해야 한다.

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7. UART의 장점과 단점

✅ 장점

✔ 하드웨어 구현이 간단하며 저비용
✔ 별도의 클럭 신호 없이 데이터 송·수신 가능
✔ 마이크로컨트롤러 및 센서 통신에 최적화됨

❌ 단점

❌ 데이터 속도가 RS485나 TCP/IP보다 느림
❌ 최대 1:1 통신만 가능 (멀티노드 네트워크 지원 불가)
❌ 거리가 짧아(15m 이하) 장거리 통신에는 부적합