코딩도상국

마이크로컨트롤러에서 사용할 수 있는 범용 입출력 핀의 수는 많지 않으므로 직렬 통신이 사용된다.

직렬 통신은 1개의 입출력 핀을 통해 8개 비트를 8번에 나누어 전송하는 방식이다.

직렬 통신 중 가장 흔히 사용되는 UART로 진행한다.

UART 통신은 전이중 통신으로 송신과 수신을 동시에 진행할 수 있으며 이를 위해서 2개의 범용 입출력 핀이 필요하다.

ATMega328(아두이노 우노 칩에서 사용되는)에서는 PD0 핀과 PD1 핀이 사용된다. (아두이노 우노는 0, 1핀이다.)

/*
 * UART_TEST.c
 *
 * Created: 2023-06-20 오후 8:46:56
 * Author : Yoon
 */ 
#define F_CPU 16000000L
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

void UART_INIT(void)
{
	UCSR0A |= (1 << U2X0);   // 2배속 모드
	
	UBRR0H = 0x00;           // 9600bps
	UBRR0L = 207;          
	
	UCSR0C |= 0x06;          // 비동기, 8bit 데이터, 1bit start, 1bit stop, no parity
	
	UCSR0B |= (1 << RXEN0);  // 수신 가능
	UCSR0B |= (1 << TXEN0);  // 송신 가능
}

unsigned char UART_receive(void)
{
	while(!(UCSR0A & (1 << RXC0)));  // 데이터 수신 대기
	return UDR0;
}

void UART_transmit(unsigned char data)
{
	while(!(UCSR0A & (1 << UDRE0)));  // 송신 가능 대기
	UDR0 = data;                      // 데이터 전송
}

int main(void)
{
	unsigned char data;
	
	UART_INIT();             // UART 통신 초기화
    while (1) 
    {
		data = UART_receive();   // 데이터 수신
		UART_transmit(data);     // 수신된 문자를 에코백
    }
	
	return 0;
}

1. UCSR0A(USART Control and Status Register 0A) 레지스터 : UART 통신의 제어와 상태 체크

UX20 : 비동기 전송모드에서만 사용되며, 2배속 모드이면 1, 1배속 모드이면 0의 값을 가진다.

RXC0 : 수신 버퍼(UDR0)에 읽지 않은 문자가 있을 때는 1이 되고, 버파가 비어 있을 때는 0이 된다. UCSR0B 레지스터의 RXCIE0 비트와 함께 사용되어 수신 완료 인터럽트를 발생시킬 수 있다.

UDRE0 : 송신 버퍼(UDR0)가 비어 있어 데이터를 받을 준비가 되어 있을 때 1이 된다. UCSR0B 레지스터의 UDRIE0 비트와 함께 사용되어 송신 데이터 레지스터 준비 완료 인터럽트를 발생시킬 수 있다.

2. UCSR0B

RXCIE0 : 수신 완료 인터럽트를 발생을 허용한다.

TXCIE0 : 송신 완료 인터럽트를 발생을 허용한다.

RXEN0 : UART 수신기의 수신 기능을 활성화한다.

TXEN0 송신기의 송신 기능을 활성화한다.

3. UCSR0C : 데이터 형식 및 통신 방법을 결정한다.

4. UBRR0H, HBRR0L : 보율을 12비트로 표현한다.

5. UDR0 : 송수신된 데이터가 저장되는 버퍼 레지스터

C:\Program Files (x86)\Atmel\Studio\7.0\packs\atmel\ATmega_DFP\1.7.374\include\avr

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

void printBinary(uint8_t value) {
  for (int i = 7; i >= 0; i--) {
    if ((value >> i) & 1)
      printf("1");
    else
      printf("0");
  }
  printf("\n");
}

int main(void) {
  uint8_t UCSR0A = 0b00000000;
  uint8_t U2X0 = 1;
  uint8_t RXC0 = 7;
  uint8_t UDRE0 = 5;
  
  printf("UCSR0A in binary: ");
  printBinary(UCSR0A);

  UCSR0A |= (1 << U2X0);
  printf("[init] UCSR0A in binary: ");
  printBinary(UCSR0A);

  UCSR0A = !(UCSR0A & (1 << RXC0));
  printf("[RX] UCSR0A in binary: ");
  printBinary(UCSR0A);

  UCSR0A = !(UCSR0A & (1 << UDRE0));
  printf("[TX] UCSR0A in binary: ");
  printBinary(UCSR0A);

  UCSR0A = UCSR0A & (1 << RXC0);
  printf("[RX] UCSR0A in binary: ");
  printBinary(UCSR0A);

  UCSR0A = UCSR0A & (1 << UDRE0);
  printf("[TX] UCSR0A in binary: ");
  printBinary(UCSR0A);
  
  return 0;
}

글을 시작하기 전에 내가 대학생일 때 들었었으면 좋았을 강의 하나가 있다. 이용성 교수님께서 강의해 주시는 건데 회로부터 하나하나 설명해 주시니 진짜 너무 좋은 영상이다.

가끔 블로그를 보면 아두이노와 블루투스 모듈을 0, 1번에 서로 연결하는 경우가 있다. 완성 시 컴퓨터와 분리했을 때는 문제가 되지 않고, 아두이노에 코딩을 할 때 문제가 발생한다.

아두이노에서 통신 방식은 대표적으로 UART, I2C, SPI 방식이 있다. 특히 UART를 조심히 사용해야 한다.

가장 많이 사용되는 아두이노 UNO 같은 경우 UART는 한 개이며, 각각 0번 핀(RX:수신), 1번 핀(TX:송신)이다. 그런데 아두이노는 이상한 특징을 가지고 있다. UART 0, 1번 핀이 컴퓨터와 연결되는 USB 케이블 부분과 연결돼 있다.

우리는 아두이노에서 출력되는 값을 아두이노 serial monitor를 통해서 확인할 수 있다. USB 케이블을 통해 데이터가 출력되지만, 이 USB 케이블은 0, 1번과 연결돼있다. 정리하자면 컴퓨터에 아두이노를 연결하는 순간 이미 아두이노와 컴퓨터는 서로 serial 통신을 하고 있다.

그렇다면 블루투스 모듈을 0, 1번에 사용하면 어떻게 될까? 당연히 충돌 난다. 하지만 간혹 운이 좋아 동작할 수 있지만 올바른 동작이라고 할 수 없다.

그렇다면 아두이노 UNO는 UART를 사용할 수 없는가?

하나밖에 없는 UART는 이미 사용하고 있기 때문에, 아두이노는 softwareserial를 사용해 uart를 사용할 수 있다. 몇 개든 uart를 선언해서 사용할 수 있지만 software로 구현돼있기 때문에 굉장히 느리다. 그렇기 때문에 아두이노 코딩 할 때는 softwareserial을 사용할 수 밖에 없고, 완성 후에 하드웨어 serial을 사용하면 된다. 이것에 대한 팁은 나중에 올리려고 한다.

*아두이노에 대한 UART를 더 알고 싶으시면 아래 블로그를 참고하시길 바랍니다.

아두이노 UNO 와 블루투스 모듈(HC-05, HC-06) 연결

아래와 같이 아두이노와 블루투스 모듈을 연결했고, 코드는 아래와 같다.

#include <SoftwareSerial.h>

#define BT_RXD 3
#define BT_TXD 2
SoftwareSerial bluetooth(BT_RXD, BT_TXD);

void setup() {
  Serial.begin(115200);     // 이전 글 참고
  bluetooth.begin(115200);  // 이전 글 참고
}

void loop() {
  if (bluetooth.available()) {
    Serial.write(bluetooth.read());
  }
  if (Serial.available()) {
    bluetooth.write(Serial.read());
  }
}

HC-05, HC-06

블루투스 모듈인 HC-05와 HC-06에서 LED를 확인할 수 있는데, 이는 state에 대한 LED이다.

LED 점멸 : 기기 Pair 가능 상태

LED 꺼짐 : 연결 상태

HC-05, HC-06에는 VCC, GND, TX, RX 외에도 state, EN 단자가 있다. state는 블루투스 상태를 출력하는 단자로 위 LED에 연결돼있다. EN 단자는 만약 블루투스가 연결 상태라면 강제로 신호를 주어 블루투스 연결을 끊을 수 있다.