마이크로프로세서 - (6) UART 시리얼 통신

시리얼 통신

마이크로컨트롤러는 비트 단위의 데이터를 핀 단위로 전송한다.

출처 : Atmega128로 배우는 마이크로컨트롤러 프로그래밍

병렬과 직렬이 있는데 이번에 다룰 UART 통신은 시리얼/직렬 통신의 한 종류이다.

 

UART 통신

출처 : Atmega128로 배우는 마이크로컨트롤러 프로그래밍

UART통신은 비동기식 통신이다.

즉 별도의 클록을 사용하지 않고 약속된 속도로 송수신을 진행해야 한다.

통신 단위로는 보율을 사용한다.

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출처 : Atmega128로 배우는 마이크로컨트롤러 프로그래밍

 

보율은 변조 속도, 즉 위에서는 총 4번 변화가 있었기에 보율이 4이다.

bps의 경우 2비트씩 4번이기에 8이다.

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아무 통신이 없을 때 기본적으로 항상 1을 가지는데,

0비트가 되면 시작을 의미하고 그 후로 8비트는 데이터 비트, 1비트는 정지 비트를 의미한다.

그래서 총 10비트 데이터를 전송하는 것이 일반적이다.

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UART는 전이중 통신으로 송, 수신을 동시에 진행할 수 있다.

이를 위해 2개의 범용 입출력 핀을 필요로 한다.

기본적으로 송,수신을 위해서 RX와 TX를 교차하여 연결해야 한다.

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하드웨어로 지원되는 2개의 UART 통신에는

PE0,PE1과 PD2,PD3가 있다.

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컴퓨터와 ATmega128의 연결을 위해서는 중간에서 변환하는 장치가 위와 같이 필요하다.

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기본적으로 이전에 배웠던 업로더를 위한 USB와 방금 배운 시리얼 연결을 위한 USB를

포함해 총 2개의 USB연결이 필요하다.

 

UART 레지스터

1. UCSRnA : UART 시리얼 통신의 상태를 확인하고 제어하기 위한 레지스터이다.

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2배속 모드를 위해서는 1번 비트인 U2Xn비트를 1로 설정해 주면 된다.

RXCn과 UDREn은 각각 수신과 송신을 확인할 수 있다.

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2. UCSRnB : 데이터 송수신을 가능하도록 설정, 기본값은 송수신 금지 상태

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RXEN1과 TXENn은 4번과 3번 비트를 의미한다.

이 값이 1이면 송신 혹은 수신이 가능하다는 것을 알 수 있다.

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UCSRnB의 레지스터 중 위와 같이 8비트로 구성되어있다.

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3. USCSRnC : UART에서 사용하는 데이터 형식 및 통신 방법 결정

출처 : Atmega128로 배우는 마이크로컨트롤러 프로그래밍

6번째 비트인 UMSELn은 통신 모드를 결정하고,

4,5번째 비트는 패리티 비트를 결정하며,

USBSn은 정지 비트를 결정한다.

출처 : Atmega128로 배우는 마이크로컨트롤러 프로그래밍

UCSZn은 데이터 비트의 수를 결정할 때 사용한다.

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예시로 위와 같이 UCSR1B와 UCSR1C의 비트의 값에 따라

송, 수신, 비동기, 패리티, 정지 비트, 데이터 비트 등의 값이 결정되는 것을 볼 수 있다.

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4. UBRRn : 12비트로 통신 속도인 보율을 결정한다.

(UBRRn = UBRRnH + UBRRnL)

출처 : Atmega128로 배우는 마이크로컨트롤러 프로그래밍

UBRRnH는 4비트, UBRRnL은 8비트이다. 전자의 경우 상위 4비트는 사용하지 않는다.

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동기와 비동기, 배속에 따라 보율을 계산하는 식이 달라진다.

ATmega128은 16MHz를 사용하기에 분자의 값은 16이다.

이를 통해 계산한 지표는 오른쪽의 표와 같다.

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예시로 비동기 2배속 ATmega128에서 9600보율을 설정하기 위한 UBRRN 값은 207이다.

실제 계산값과 사용값에 차이가 있어 약간의 오차가 발생할 수 있다.

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5. UDRn : 송수신 데이터 저장

출처 : Atmega128로 배우는 마이크로컨트롤러 프로그래밍

TXB와 RXB가 있는데, 각각 데이터 전송과 수신을 위한 버퍼이다.

이는 동일한 입출력 주소를 사용하기에 UDRn 레지스터에 같이 묶여있다.

 

예제

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init으로 설정을 해주고 main에서는 tansmit을 통해 데이터를 송신해 전송한다.

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출처 : Atmega128로 배우는 마이크로컨트롤러 프로그래밍

문자열 출력을 위해서는 위 함수와 같이 바이트 단위로 여러 번 진행해야 한다.

 

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UP, DOWN의 입력을 받아 숫자를 증가, 감소하는 역할을 하는 코드이다.

이는 strcmp를 통해 문자열 비교를 해 UP인지 DOWN인지 확인할 수 있다.

또한 \R을 추가로 전달해 문자열의 끝을 알 수 있게 했다.