USART收發模塊一般分為三大部分：時鐘發生器、數據發送器和接收器。控制寄存器為所有的模塊共享。 時鐘發生器由同步邏輯電路（在同步從模式下由外部時鐘輸入驅動）和波特率發生器組成。發送時鐘引腳XCK僅用于同步發送模式下， 發送器部分由一個單獨的寫入緩沖器（發送UDR）、一個串行移位寄存器、校驗位發生器和用于處理不同幀結構的控制邏輯電路構成。使用寫入緩沖器，實現了連續發送多幀數據無延時的通信。 接收器是USART模塊最復雜的部分，最主要的是時鐘和數據接收單元。數據接收單元用作異步數據的接收。除了接收單元，接收器還包括校驗位校驗器、控制邏輯、移位寄存器和兩級接收緩沖器（接收UDR）。接收器支持與發送器相同的幀結構，同時支持幀錯誤、數據溢出和校驗錯誤的檢測。