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Serielle Kommunikation mit UART/USART

http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-GCC-Tutorial/Der_UART

●Serielle Kommunikation mit RS232●Seit 1962 !●Spezifikation regelt elektrische und mechanische Belange●Pegelanpassung zwischen TTL (0/5V) und RS232 (+/- ca.14V) nötig (MAX232)●-3..-25V: 1 | 3..25V: 0●Rx (PD0) / Tx (PD1) Pins beschalten (verbinden mit MAX232–Platine oder USB-Adapter

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Der Serielle Port (die Leitungen)

Begriffe:DTE: Data Terminal Equipment (PC, Fax, verarbeitendes Gerät, male)DCE: Data Carrier Equipment (Daten transportierendes Gerät. Modem,.., fem)RTS: Ausgang, Redy To Send, Will Daten sendenCTS: Eingang, Clear To Send, Bereitschaft Daten zu empfangenTx : Data Transmitter, DatensendeleitungRx : Data Receiver; Datenempfangsleitung

RTS/CTS dienen dem Hardware Handshake

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Handshake (Hardware)http://www.oliver-saal.de/elektronik/rs232.php

RTS

CTS

Request to Send„Sendeanforderung“; Ein High-Pegel an diesem Ausgang signalisiert, dass DTE Daten senden möchte

Clear to Send

„Sendeerlaubnis“; Ein High-Pegel an diesem Eingang ist ein Signal der Gegenstelle, dass sie Daten von DTE entgegennehmen kann

XON/XOFF bilden die Flowcontroll-Steuerzeichen (Xon = 11h und Xoff = 13h).

Es werden nur die Datenübertragungsleitungen benötigt

Die Zeichen 0x11 und 0x13 dürfen in den Daten nicht vorkommen

Handshake (Software)

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Steckverbinderhttp://www.camiresearch.com/Data_Com_Basics/RS232_standard.html

http://www.frontx.com/pro/cpx102_2.html, http://www.lammertbies.nl/comm/cable/RS-232.html

Mainboardconnector (female, Weibel)

Sicht auf die Stifte (male, Männel)

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Pins Sub-D 9, Sub-D 25

PCCOM1 PCCOM2RS232 Bezeichnung

1 8 DCD in2 3 in Empfangsdaten3 2 Sendedaten4 20 DTR5 7 GND6 6 DSR in7 4 RTS8 5 CTS in9 22 RI in- 12- 23 SPDS

9Pol männl 25Pol männlData Carrier Detect

RxDTxD out

out Data Terminal ReadyGround - BezugspotentialData Set Ready

out Request to send SendeanfrageClear to send Ring Indicator (Klingel)SpeedModeDetectorSpeed select

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Übertragungsprotokollhttp://www.mikrocontroller.net/articles/RS-232

Anmerkungen:1: low Pegel (-15..-3V)0: high Pegel (3.. 15V)

Modus : 8N1 (8 Datenbit, no parity bit, 1 Stopp Bit)Baud : 9600 Baud Übertragungsgeschwindigkeit s. u.

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Baudratehttp://www.bluray-disc.de/lexikon/baudrate

Die Baudrate ist die Größe, die in der Nachrichten- und Übertragungstechnik die Signalrate angibt. Sie steht für die Anzahl der Zustands- oder Symboländerungen in einer bestimmten Zeiteinheit an, die eine Übertragung erfährt.

Die Einheit der Baudrate ist 1 Baud [1 Bd], benannt nach dem französischen Wissenschaftler Jean-Maurice-Emile Baudot, dem zahlreiche Erfindungen auf dem Gebiet der Telegrafie zu verdanken sind.

Die Baudrate wird häufig mit der Bitrate verwechselt. Die Bitrate steht im Gegensatz zur Baudrate aber für die Datenrate. Baudrate und Bitrate sind gleich, wenn ein Symbol (0/1) genau einem Bit entspricht.

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Anschluss UART/MAX232

USB-UART-Adapter:sw : GNDrt : +5V offen lassen, wenn Programmer dranws : txgr : rx

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Steuerregister des USART des Atmega

Port Funktion Port-Adresse RAM-AdresseUCSRAUSART Status Register0x0B 0x2B

7 6 5 4 3 2 1 0RXC TXC UDRE FE OR PE U2X MPCM

Bit Name Bedeutung Funktion7 RXC UART Receive Complete 1: Zeichen empfangen/0: Kein Zeichen6 TXC UART Transmit Complete 1: Daten aus Schieberegister gesendet5 UDRE UART Data Register Empty1: Senderegister frei4 FE Framing Error 1: Ungültiges Stop-Bit3 DOR Overrun 1: Zeichenverlust2 PE Paritätskontrolle 1:Paritätsfehler1 U2X doppelte Baudrate0 MPCM Multiprozessorbetrieb (Daten/Adressen)

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Bit Name Bedeutung

7 RXCIE enable Interrupt receive complete

6 TXCIE enable Interrupt transmit complete

5 UDREIE enable Interrupt transmit data register free

4 RXEN enable Receive

3 TXEN enable transmit

2 UCSZ2 Zeichenlänge zusammen mit UCSZ1 und UCSZ0 aus UCSRC

1 RXB8 9. Bit received

0 TXB8 9. Bit transmit

7 6 5 4 3 2 1 0

RXCIE TXCIE UDRIE RXEN TXEN UCSZ2 RXB8 TXB8

Port Funktion Port-Adresse RAM-Adresse

UCSRB USART Steuer Register 0x0A 0x2A

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Port Funktion Port-Adresse RAM-Adresse

UCSRC USART Steuer Register 0x20 0x40

7 6 5 4 3 2 1 0

URSEL UMSEL UPM1 UPM0 USBS UCSZ1 UCSZ0 UCPOL

Bit Name Bedeutung Funktion

7 URSEL 1: immer, wenn UCSRC angesprochen werden soll, weil UBRRH die selbe Adresse hat

1: UCSRC0: UBRRH

6 UMSEL synchron/asynchron 0:Asyn, 1: Synchon

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UPM1

UPM0

Parität 00:none01:reserved10:even11:odd

3 USBS stopp bits 0:1 Stoppbit1:2 Stoppbits

2 UCSZ1UCSZ0

Zeichenlänge zusammen mit UCSZ2 aus UCSRB

000:5 bit001:6 bit010:7 bit011:8 bit111:9 bit

0 UCPOL Synchon: Phasenlage

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Synchroner/Asyncroner Modus

● Synchron:– Noch nicht getestet

– Auf zusätzlicher Taktleitung wird ein Übertragungstakt geschaltet

– Bei Atmega XCK (PD4)

● Asynchron:– Es wird ein Datenstrom von Bits übertragen

– Start- Stopbit Kennzeichnen Anfang und Ende einer Übertragung

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Port Funktion Adresse Ramadresse

UDR UART I/O DataRegister

0x0C 0x2C

UBRRH Baudratenregister(high)

0x20 0x40

UBRRL Baudratenregister(low)

0x09 0x29

Das UART DATA Register (UDR) besteht eigentlich aus den Registern UDR transmit und UDR receive. Beide werden über die selbe Adresse angesprochen, offenbar erfolgt die Unterscheidung an Hand der Lese-/Schreiboperation

Mode Calulating UBRR Calculating result. BAUD

Normal mode(asynchronous)

double speed

Aushttp://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-Tutorial:_UART

UBRR=FCPU

16∗BAUD −1

UBRR=FCPU

8∗BAUD−1

UBRR=FCPUBAUD∗8

BAUD∗16−1

BAUD=FCPU

16∗UBRR1

BAUD=FCPU

8∗UBRR1

Mit math. Runden

Mit Abschneiden(C-like)

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Tabelle für UBRR1 MHz 1,8432 MHz 2 MHz 3,686411 MHz 4 MHz 7,3728 MHz 8 MHz

2400 25 0,20% 47 0,00% 51 0,20% 95 0,00% 103 0,20% 191 0,00% 207 0,20%4800 12 0,20% 23 0,00% 25 0,20% 47 0,00% 51 0,20% 95 0,00% 103 0,20%9600 6 -7,00% 11 0,00% 12 0,20% 23 0,00% 25 0,20% 47 0,00% 51 0,20%

14400 3 8,50% 7 0,00% 8 -3,50% 15 0,00% 16 2,10% 31 0,00% 34 -0,80%19200 2 8,50% 5 0,00% 6 -7,00% 11 0,00% 12 0,20% 23 0,00% 25 0,20%28800 1 8,50% 3 0,00% 3 8,50% 7 0,00% 8 -3,50% 15 0,00% 16 2,10%38400 1 -18,60% 2 0,00% 2 8,50% 5 0,00% 6 -7,00% 11 0,00% 12 0,20%57600 0 8,50% 1 0,00% 1 8,50% 3 0,00% 3 8,50% 7 0,00% 8 -3,50%76800 0 -18,60% 1 -25,00% 1 -18,60% 2 0,00% 2 8,50% 5 0,00% 6 -7,00%

115200 0 -45,70% 0 0,00% 0 8,50% 1 0,00% 1 8,50% 3 0,00% 3 8,50%230400 0 -72,90% 0 -50,00% 0 -45,70% 0 0,00% 0 8,50% 1 0,00% 1 8,50%250000 0 -75,00% 0 -53,90% 0 -50,00% 0 -7,80% 0 0,00% 1 -7,80% 1 0,00%

Error=BAUDres

BAUD−1∗100

Es wird dringend empfohlen, einen mit einem Quarz stabilisierten Oszillator zu verwenden

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Tabelle für UBRR11,0592 MHz 14,318 MHz 14,7456 MHz 16 MHz 18,432 MHz 20 MHz

2400 287 0,00% 372 0,00% 383 0,00% 416 -0,10% 479 0,00% 520 0,00%4800 143 0,00% 185 0,20% 191 0,00% 207 0,20% 239 0,00% 259 0,20%9600 71 0,00% 92 0,20% 95 0,00% 103 0,20% 119 0,00% 129 0,20%

14400 47 0,00% 61 0,20% 63 0,00% 68 0,60% 79 0,00% 86 -0,20%19200 35 0,00% 46 -0,80% 47 0,00% 51 0,20% 59 0,00% 64 0,20%28800 23 0,00% 30 0,20% 31 0,00% 34 -0,80% 39 0,00% 42 0,90%38400 17 0,00% 22 1,30% 23 0,00% 25 0,20% 29 0,00% 32 -1,40%57600 11 0,00% 15 -2,90% 15 0,00% 16 2,10% 19 0,00% 21 -1,40%76800 8 0,00% 11 -2,90% 11 0,00% 12 0,20% 14 0,00% 15 1,70%

115200 5 0,00% 7 -2,90% 7 0,00% 8 -3,50% 9 0,00% 10 -1,40%230400 2 0,00% 3 -2,90% 3 0,00% 3 8,50% 4 0,00% 4 8,50%250000 2 -7,80% 3 -10,50% 3 -7,80% 3 0,00% 4 -7,80% 4 0,00%

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Empfehlungen zum Praktikum● Übertragungsprotokoll 8N1● 9600 Baud● Asynchone Übertragung● Übertragungsparameter müssen sende- und

empfangsseitig übereinstimmen● Empfang interruptgesteuert / Pollingbetrieb, je nach

Anwendungsfall● Quarz verwenden, make ext_11mhz,

F_CPU=11059200 einstellen● Empfangene Zeichen müssen auch „abgeholt

werden“, ansonsten kommt es zu Datenverlust

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Initialisierung des USART// Baudratenteiler mit einem der beiden nachfolgenden Macros (empfohlen:9600Baud)#define UBRR ((F_CPU+BAUD*8)/(BAUD*16)-1) #define UBRR ((F_CPU/(16UL*BAUD))-1)

/* Baudrate einstellen*/UBRRH = (unsigned char) (UBRR_BAUD>>8);UBRRL = (unsigned char) UBRR_BAUD&0xff;// Aktivieren von receiver und transmitter// RXEN Receive enable// TXEN Transmit enable// RXCIE Receive complete Interrupt enableUCSRB = (1<<RXEN)|(1<<TXEN)|(1<<RXCIE);

/* Einstellen des Datenformats: 8 Datenbits, 1 Stoppbit, keine Paritätskontrolle */UCSRC = (1<<URSEL)|(1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0); // 8N1

// Flush Receive-Buffer (entfernen evtl. vorhandener ungültiger Werte)do{ uint8_t dummy; (void) (dummy = UDR);}while (UCSRA & (1 << RXC));

Empfang interruptgesteuert

URSEL immer angeben, wenn UCSRC angesprochen

wird

Bei 9600 BAUD und 11059200MHz sollten beide

Formen gehen (71)

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/* Interrupt for USART, Rx Complete */ISR(USART_RXC_vect){static BYTE rcv_data, status;    status = UCSRA; // erst Status lesen    rcv_data = UDR; // dann Daten lesen        /* Check for the error (High => error, Low => OK */    /* Flags: FE ­ Frame Error; DOR ­ Data OverRun; PE ­ Parity Error */    if( status & ((1 << FE) | (1 << DOR) | (1 << PE)) )

 {  if( status & (1 << FE)) PORTB |= 1 << PIN1; // 2. LED  if( status & (1 << DOR))PORTB |= 1 << PIN2; // 3. LED   if( status & (1 << PE)) PORTB |= 1 << PIN3; // 4. LED 

    } else    {      PORTB &= ~((1 << PIN1) | (1 << PIN2) | (1 << PIN3));

      if(rcv_data == '1')     PORTB |= 1 << PIN0; // Erste LED einschalten

      if(rcv_data == '0')    PORTB &= ~(1 << PIN0);// Erste LED ausschalten

    }}

Byte empfangen

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Byte empfangenHier ohne Statusabfrage, dafür mit Ringpuffer zum Zwischenspeichern empfangener Zeichen

unsigned char  buffer[RING_SIZE];volatile unsigned short irr=0, irw=0;

ISR(USART_RXC_vect){  if(UCSRA&(1<<RXC))  {    buffer[irw]=UDR;    irw=(irw+1)%RING_SIZE;  }}

short int ugetchar(void){  if (irr!=irw)  {    char c=buffer[irr]; irr=(irr+1)%RING_SIZE; return c;  }  else return ­1;}

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Ausgabe auf USARTvoid uputch(char x){ loop_until_bit_is_set(UCSRA, UDRE); UDR=x;}

void uputs(char * s){ int n=0; while(*(s))uputch(*s++),n++;}

void uputu(unsigned long d){ if (d>=10) uputu(d/10); uputch(d%10+'0');}

void uputd(long d){ if (d<0) {uputch('-');d=-d;} uputu(d);}

void uputx(unsigned long d){ if (d>=0x10) uputx(d/0x10); uputch(d%0x10>9?d%16+'A'-10:d%16+'0');}

char * itoadec (char * buf, int i, int len, char leading){ unsigned int itmp=i>0?i:-i; buf[len]=0; len --; while (len>=0) { if (itmp>0) buf[len--]=itmp%10+'0'; else buf[len--]=(buf[len+1]!=0)?leading:'0'; itmp/=10; } if (i<0)buf[0]='-'; return buf;}

char * itoahex (char * buf, unsigned int i, int len, char leading){ buf[len]=0; len --; while (len>=0) { if (i>0) buf[len--]=i%0x10<10? i%0x10+'0': i%0x10+'A'-10; else buf[len--]=leading; i/=0x10; } return buf;}

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Der PC, die andere Seite, initint init(){ /*** Init ***/ //O_RDONLY, O_WRONLY or O_RDWR - //O_NDELAY (geht weiter, wenn keine Daten da sind und gibt "-1" zurueck) // man 2 open fuer mehr Infos - see man 2 for more info fd = open(MODEMDEVICE, O_RDWR | O_NOCTTY); if (fd < 0){ printf("Fehler beim oeffnen von %s\n", MODEMDEVICE); exit(-1); } memset(&newtio, 0, sizeof(newtio)); newtio.c_cflag = BAUDRATE | CS8 | CLOCAL | CREAD; //setzt die neuen Porteinstellungen newtio.c_iflag = IGNPAR; newtio.c_oflag = 0; newtio.c_lflag = 0; /* set input mode (non-canonical, no echo, ...) */ newtio.c_cc[VTIME] = 0; /* inter-character timer unused */ newtio.c_cc[VMIN] = 1; /* blocking read until 1 chars received */

tcflush(fd, TCIFLUSH); tcsetattr(fd, TCSANOW, &newtio); return fd;}

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unsigned char receive(){ int res; unsigned char buffer;

res = read(fd, &buffer, 1); return buffer;}

unsigned char send(char c){ int res=write(fd, &c, 1); if (res<0) printf("Fehler beim Senden\n"); return res;}

PC, send, receive

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Terminal als Gegenstelle● Initilisierung der seriellen Schnittstelle /dev/ttyS0, /dev/ttyUSB0 ….

● Verwendung von stty

● (stty -F /dev/ttyUSB0 ispeed 9600 ospeed 9600 cs8 clocal [ixoff])

● stty -F /dev/ttyUSB0 speed 9600

● Lesen ist mit cat möglich:

● cat < /dev/ttyUSB0

● Senden mit echo xxx > /dev/ttyS0

● Ubuntu: Anwendungen → Zubehör → Serial Port Terminal