ATmega328でUART通信のソースを表示

== 概要 ==
ATmega328に用意されているUSART機能を使用してシリアル通信を行う。<br>
USARTはUniversal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitterの略で、<br>
非同期通信のUARTだけでなく、同期通信も可能とした機能のことである。<br>
<br>
今回は、非同期通信のUARTについてのみ記述する。<br>
<br>
AVRのマイコンでUARTを使うには、以下の3つの設定を行う必要がある。<br>
# ボーレートの設定
# レシーバとトランスミッタの有効化
# フレームフォーマットの設定
<br><br>

== ボーレートの設定 ==
設定したいボーレート(通信速度)に合わせて通信用の内部クロックを生成するため、下表の式を元にUBRRレジスタの値を算出する。<br>
[[ファイル:ATmega328 UART 1.jpg|フレームなし|中央]]
BAUD : ボーレート<br>
Fosc : ATmega328のクロック周波数<br>
 <source lang="c++">
 // Set baudrate parameter
 // RoundOff
 UBRR0 =  (U16)(((F32)F_CPU / (F32)BAUDRATE / 16.0) - 1.0 + 0.5);
 </source>
<br>
表と式が異なるが、そのまま計算すると整数切り捨てのための誤差が大きくなるため、四捨五入で誤差を小さくしている。<br>
誤差が大きくなると文字化けするので、適宜試しながら正しく通信できる速度を探らなければならない。<br>
<br>
UBRRレジスタのサンプル値もデータシートに記載されているので、そちらを参照して定数で指定してもよい。<br>
例えば、ATmega328のクロック周波数が8[MHz]のとき、ボーレート19.2[kbps]に設定したければUBRRレジスタの値は25になる。<br>
[[ファイル:ATmega328 UART 2.jpg|フレームなし|中央]]
<br><br>

== レシーバとトランスミッタの有効化 ==
レシーバとトランスミッタの有効化は、USARTのコントロールレジスタを設定する。<br>
 <source lang="c++">
 // Enable receiver and transmitter
 UCSR0B = (1 << RXEN0) | (1 << TXEN0);
 </source>
<br><br>

== フレームフォーマットの設定 ==
シリアル通信では1本の信号線で時系列に0または1を送信することで通信を行う。<br>
そのため、予めどのようなフォーマットでデータを送信するかを定義する必要がある。<br>
<br>
シリアル通信のフレームフォーマットは以下の要素で構成されます。<br>
<center>
{| class="wikitable"
|-
! 名称 !! ビット数 !! 説明
|-
| スタートビット || 1 || フレームの先頭であることを示すビット
|-
| データビット || 5 - 9 || 送信するデータ<br>5 - 9[bit]の範囲で自由に設定できる
|-
| パリティビット || 0 or 1 || ビットの誤りをチェックするビット<br>設定しなくともよい
|-
| ストップビット || 1 or 2 || フレームの終わりであることを示すビット
|}
</center>
<br>
上表において、スタートビットは常に1[bit]なので、残りの3項目のビット数を設定する。<br>
 <source lang="c++">
 // Set frame format: 8data, 1stop bit : 8N1
 UCSR0C = (0 << USBS0) | (3 << UCSZ00);
 </source>
一般的には、データビット8[bit]、パリティビット無し、ストップビット1[bit]の通称8N1という形式が多い。<br>
ここでも、8N1形式で送受信を行う。<br>
<br><br>

== サンプルコード ==
送信と受信ともにUDR0レジスタを用いて1[byte]データを操作する。<br>
1度の操作で1[byte]しか扱えないため、数byteを送受信するときは単純に同じ操作を繰り返す。<br>
<br>

===== 送信方法 =====
送信バッファが空になるまで待機し、UDR0レジスタに1[Byte]分のデータを書き込む。<br>
 <source lang="c++">
 void Transmit1Byte(char data)
 {
    // Wait for empty transmit buffer
    while(!(UCSR0A & (1 << UDRE0)));

    // Put data into buffer, sends the data
    UDR0 = data;
 }
 </source>
<br>

===== 受信方法 =====
1[Byte]分のデータを受信するまで待機(ポーリング)し、UDR0レジスタを読み取る。<br>
 <source lang="c++">
 char Receive1Byte(void)
 {
    // Wait for data to be received
    while(!(UCSR0A & (1 << RXC0)));

    // Get and return received data from buffer
    return UDR0;
 }
 </source>
<br><br>

__FORCETOC__
[[カテゴリ:AVR]]