MSP430G2553 - UARTのソースを表示

== 概要 ==
UART (Universal Asynchronous Receiver / Transmitter) (汎用非同期送受信機) は、シリアル通信の一種であり、データを1ビットずつ送受信する。<br>
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* 非同期通信
*: 送信側と受信側が別々のクロックを使用して、あらかじめ設定されたボーレート (通信速度) に基づいてデータを送受信する。
*: <br>
* データフォーマット
*: スタートビット、データビット (通常8ビット)、パリティビット (オプション)、ストップビットで構成される。
*: <br>
* ボーレート
*: 通信速度のことであり、ビット/秒 (bps) で表現される。
*: 送信側と受信側で同じ設定が必要となる。
*: <br>
* フロー制御
*: データの送受信を制御するために、ハードウェアまたはソフトウェアの手法を使用する。
*: <br>
* 送受信バッファ
*: 送信するデータと受信したデータを一時的に保持するバッファである。
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UARTは、マイコンとPC間、マイコン同士、または他の周辺機器との通信に広く利用されている。<br>
UARTを使用する場合は、ボーレート、データフォーマット、フロー制御等の設定を適切に行う必要がある。<br>
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== UART ==
==== 非同期通信 ====
UARTは非同期通信方式を採用している。<br>
送信側と受信側が別々のクロックを使用して、データの送受信タイミングを同期させる必要がない。<br>
<br>
送信側と受信側は、あらかじめ設定されたボーレート (通信速度) に基づいてデータを送受信する。<br>
<br>
==== シリアル通信 ====
UARTは、データを1ビットずつ順番に送信するシリアル通信方式である。<br>
送信側は、データを1ビットずつ送信線 (TX) に送出して、受信側は、受信線 (RX) から1ビットずつデータを受信する。
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==== データフォーマット ====
UARTでは、一般的に以下のようなデータフォーマットが使用されている。<br>
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* スタートビット
*: データの開始を示すビット (通常は0)
* データビット
*: 実際のデータを表すビット (通常は8ビット)
* パリティビット
*: エラー検出用のビット (偶数パリティまたは奇数パリティ)
* ストップビット
*: データの終了を示すビット (通常は1または2ビット)
<br>
==== ボーレート ====
ボーレートは、UARTの通信速度を表す。<br>
単位は、ビット/秒 (bps) である。<br>
<br>
一般的なボーレートには、9600[bps]、19200[bps]、38400[bps]、115200[bps]等がある。<br>
送信側と受信側は、同じボーレートに設定する必要がある。<br>
<br>
==== フロー制御 ====
UARTでは、データの送受信を制御するためにフロー制御が使用される場合がある。<br>
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* ハードウェアフロー制御
*: RTS (Request to Send) 信号とCTS (Clear to Send) 信号を使用して、データの送受信を制御する。
* ソフトウェアフロー制御
*: XON / XOFF制御文字を使用して、データの送受信を制御する。
<br>
==== 送受信バッファ ====
UARTには、送信バッファと受信バッファが用意されている。<br>
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送信バッファは送信するデータを一時的に保持して、受信バッファは受信したデータを一時的に保持する。<br>
バッファを使用することにより、データの送受信を効率的に行うことができる。<br>
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== 耐ノイズ性 ==
UARTは、他の通信方式と比較して、ノイズの影響を比較的受けやすい通信方式である。
以下に示す理由から、UARTはノイズに弱いといえる。<br>
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* 単線通信
*: UARTは、送信線 (TX) と受信線 (RX) の2本の信号線を使用して通信を行う。
*: ノイズの影響を受けると、データの誤りが発生しやすくなる。
*: <br>
* 非同期通信
*: UARTは非同期通信方式を採用しているため、送信側と受信側のクロックが完全に同期していない。
*: ノイズの影響でデータのタイミングがずれると、通信エラーが発生する可能性がある。
*: <br>
* 信号レベル
*: UARTは、一般的にTTLレベル (0[V]～5[V]) やCMOSレベル (0[V]～3.3[V]) の信号レベルを使用する。
*: これらの信号レベルは、ノイズの影響を受けやすく、信号の品質が低下する可能性がある。
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ただし、UARTのノイズ耐性を向上させるためのいくつかの手法がある。<br>
* シールドケーブルの使用
*: 通信線をシールドケーブルで保護することにより、外部ノイズの影響を軽減することができる。
*: <br>
* 適切な信号レベルの選択
*: 通信距離や環境に応じて、適切な信号レベル (RS-232、RS-422、RS-485等) を選択することにより、ノイズの影響を軽減できる。
*: <br>
* パリティビットの使用
*: パリティビットを使用することにより、通信エラーを検出して、データの整合性を確認できる。
*: <br>
* フィルタの使用
*: ハードウェアまたはソフトウェアのフィルタを使用して、高周波ノイズを除去することができる。
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これらの手法を適切に組み合わせることにより、UARTのノイズ耐性を向上させることができる。<br>
ただし、極端に高いノイズ環境下では、より高いノイズ耐性を持つ通信方式 (I2C、SPI、CAN等) の使用を検討する必要がある。<br>
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== UARTの設定 ==
UART通信の設定を行う場合、UCA0CTL0レジスタを適切に設定する必要がある。<br>
ただし、通信相手のデバイスも同じデータフォーマットを使用するように設定する必要があることに注意する。<br>
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* データ長 8ビット, パリティなし, 1ストップビット (8N1)
 <syntaxhighlight lang="c">
 UCA0CTL0 &= ~UCPEN;  // パリティなし
 UCA0CTL0 &= ~UC7BIT; // 8ビットデータ
 UCA0CTL0 &= ~UCSPB;  // 1ストップビット
 </syntaxhighlight>
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* データ長 8ビット, パリティなし, 2ストップビット (8N2)
 <syntaxhighlight lang="c">
 UCA0CTL0 &= ~UCPEN;  // パリティなし
 UCA0CTL0 &= ~UC7BIT; // 8ビットデータ
 UCA0CTL0 |= UCSPB;   // 2ストップビット
 </syntaxhighlight>
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* データ長 7ビット, パリティ付き, 1ストップビット (7E1)
 <syntaxhighlight lang="c">
 UCA0CTL0 |= UCPEN;   // パリティ付き
 UCA0CTL0 |= UC7BIT;  // 7ビットデータ
 UCA0CTL0 &= ~UCSPB;  // 1ストップビット
 UCA0CTL0 |= UCPAR;   // 偶数パリティ
 </syntaxhighlight>
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== サンプルコード ==
MSP430G2553マイコンを使用して、UART通信を行うための手順を、以下に示す。<br>
ターミナルソフト (PuTTY等) を使用して、設定したボーレート (以下の例では、9600[bps]) でシリアル通信を行う。<br>
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* ハードウェアの接続:
*: MSP430G2553のP1.1 (UCA0RXD) を受信端子に接続する。
*: MSP430G2553のP1.2 (UCA0TXD) を送信端子に接続する。
<br>
 <syntaxhighlight lang="c">
 #include <msp430.h>
 
 void main(void)
 {
    WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;   // ウォッチドッグタイマを停止
 
    // クロック設定 (例: 1[MHz])
    DCOCTL = 0;
    BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ;
    DCOCTL  = CALDCO_1MHZ;
 
    // UART設定
    P1SEL = BIT1 + BIT2;        // P1.1とP1.2をUART用に設定
    P1SEL2 = BIT1 + BIT2;       // P1.1とP1.2をUART用に設定
    UCA0CTL1 |= UCSSEL_2;       // SMCLK (サブメインクロック) を使用
    UCA0BR0 = 104;              // 9600bps (1[MHz]時)
    UCA0BR1 = 0;                // 9600bps (1[MHz]時)
    UCA0MCTL = UCBRS0;          // モジュレーションステージ
    UCA0CTL1 &= ~UCSWRST;       // UARTをソフトウェアリセットから解除
 
    // 送信例
    while (!(UCA0IFG & UCTXIFG));  // 送信バッファが空になるまで待機
    UCA0TXBUF = 'H';               // 文字 'H' を送信
 
    // 受信例
    while (!(UCA0IFG & UCRXIFG));  // 受信バッファにデータが入るまで待機
    char receivedChar = UCA0RXBUF; // 受信データを読み込み
 
    // メインループ
    while(1) {
        // ...略
    }
 }
 </syntaxhighlight>
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== PCとのUART通信 ==
LinuxでマイコンとUART通信を行う場合は、以下の手順に従う。<br>
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# シリアルポートの接続
#: マイコンのUART送信ピン (TX) をPCのシリアル受信ピン (RX) に接続する。
#: マイコンのUART受信ピン (RX) をPCのシリアル送信ピン (TX) に接続する。
#: マイコンとPCのグラウンド (GND) を接続する。
#: <br>
# シリアルポートの設定
#: ターミナルを開いて、シリアルポートを設定する。<br>
#: <code>stty -F <デバイスファイルのパス> <ボーレート> <データ長> <ストップビット長> <パリティビットの有無></code>
#: <br>
#: 例: <code>stty -F /dev/ttyUSB0 9600 cs8 -cstopb -parenb</code>
#: <br>
#: /dev/ttyUSB0は、使用するシリアルポートのデバイスファイル名を入力する。 (環境に応じて適切なデバイスファイル名に変更すること)
#: 9600は、ボーレートを表します。 (マイコン側の設定と一致させる)
#: cs8は、データ長を8ビットに設定する。
#: -cstopbは、ストップビットを1ビットに設定する。
#: -parenbは、パリティビットを無効にする。
#: <br>
# 通信の確立
#: <code>cat</code>コマンドを使用して、シリアルポートを読み書きする。
#: シリアルポートからの入力を受信して、ターミナルに表示する。
#: <code>cat <デバイスファイルのパス></code>
#: 例: <code>cat /dev/ttyUSB0</code>
#: <br>
#: 別のターミナルを開いて、<code>echo</code>コマンドおよび<code>cat</code>を使用して、シリアルポートに書き込む。
#: これにより、シリアルポートにテキストが送信される。
#: <code>echo "Hello, MSP430!" > <デバイスファイルのパス></code>
#: <br>
# 通信の確認
#: マイコン側で受信処理が正しく実装されている場合、送信したテキストがマイコンで受信される。
#: マイコン側で送信処理が正しく実装されている場合、マイコンから送信されたデータがターミナルに表示される。
<br>
<u>※注意</u><br>
<u>シリアルポートのデバイスファイル名 (/dev/ttyUSB0等) は、環境によって異なる場合がある。</u><br>
<u><code>ls /dev/tty*</code>コマンドを実行して、利用可能なシリアルポートを確認すること。</u><br>
<u>ボーレートやデータフォーマット等の設定は、マイコン側の設定と一致している必要がある。</u><br>
<br>
<u>一部のLinuxディストリビューションでは、シリアルポートへのアクセス権限が必要な場合があるため、適切な権限を設定すること。</u><br>
<br><br>


__FORCETOC__
[[カテゴリ:MSP430]]