シリアル通信

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 シリアル通信
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　　（SC2004C）
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シリアル通信

　イントロダクション
　シリアル通信と一口に言っても、日常会話からTCP/IPに至るまで世の中シリアル通信がほとんどです。そもそも「シリアル（Serial）」とは「連続した」という意味ですから、信号を連続的に１本の線から送り出せばどんなものでもシリアル通信です。
　ここでは一昔前にパソコンで当たり前のようによく使われ、マイコンとパソコンを繋ぐインターフェースとしてはもっとも扱いやすいRS-232C（厳密な規格としてはEIA-232-Eという）を説明していきます。

　RS-232C通信をするにあたり、Ｈ８の相手が居なければ通信できているかどうかも分かりませんので、今回はパソコンと繋いでみましょう。ターミナルソフトはWindows付属のハイパーターミナルでもＯＫですし、私のお薦めとしては窓の杜などからダウンロードできる「Tera Term」というソフトをお勧めします。

　接続方法
　RS-232C通信をするにはパソコン側にもいくつかの設定をしなければ行けません。ハイパーターミナルにせよ、TeraTermにせよ通信設定という物がありますので、そこで次のように設定してください。

ボーレート	9600bps
データ長	８ビット
パリティ	なし
ストップビット	１ビット
フロー制御	Xon/Xoff（またはソフトウェア制御）

　接続ケーブルはストレートケーブルでもクロスケーブルでもＨ８の配線さえ対応させればどちらでもいいですが、普通はストレートケーブルを使います。また、Ｈ８とケーブルの結線は次のようにします。

AKI-H8	RS-232Cケーブル（D-sub9ピン）
	１
CN4-6（TXD１）	２
CN4-4（RXD１）	３
	４
CN4-2（GND）	５
	６
	７（８番ピンとショート）
	８（７番ピンとショート）
	９

　このTXDとRXDを逆にすると通信できないばかりか、双方の機器を壊しかねないので注意してください。

　Ｈ８から送信してみる
　Ｈ８の視点からは受信よりも送信の方が簡単ですので、こちらから説明します。
　まずはこのファイルをダウンロードしてください。

　今回はポートの時と違い、関数を呼び出す方法をとっていますので、最初にプロトタイプ宣言が入ります。

　#include "iodefine.h" 　void main(void); 　void InitSci1(); // 初期化ルーチンのプロトタイプ宣言　void sendData(char key); // 送信ルーチンのプロトタイプ宣言

　main()の中はおどろくほどシンプルです。

　void main(void) 　{ 　 InitSci1(); // SCI1初期化

　 while(1){ 　 sendData('A'); 　 } 　}

　まずはシリアルポートを初期化し、その次に「A」という文字を電源が切れるまで送り続けるという内容です。
ここで、InitSci1()とsendData()の２つは自分で作った関数です。

InitSci1()の中身

　void InitSci1()

　{ 　 unsigned int dmy; 　 SCI1.SCR.BYTE = 0; //ｼﾘｱﾙｺﾝﾄﾛｰﾙﾚｼﾞｽﾀ(SCIの送信/受信動作設定) 　 SCI1.SMR.BYTE = 0; //ｼﾘｱﾙﾓｰﾄﾞﾚｼﾞｽﾀ(SCIの通信ﾌｫｰﾏｯﾄの設定) 　 SCI1.BRR = 51; //9600bps 　 for(dmy = 280;dmy > 0;dmy--); //Wait 1bit transfer time 　 SCI1.SCR.BYTE = 0x30; //Enable Tx & Rx ,Disable Rx interrupt 　 SCI1.SSR.BYTE &= 0x80; //Clear receive error flag 　}

sendData()の中身

　void sendData(char key) 　{ 　 while(!SCI1.SSR.BIT.TDRE); //ﾄﾗﾝｽﾐｯﾄﾃﾞｰﾀﾚｼﾞｽﾀｴﾝﾌﾟﾃｨが真になるまで待機　 SCI1.TDR = key; //ﾄﾗﾝｽﾐｯﾄﾃﾞｰﾀﾚｼﾞｽﾀに送信ﾃﾞｰﾀ(8bit)をｾｯﾄ　 SCI1.SSR.BIT.TDRE = 0; //「送信中」ﾌﾗｸﾞを立てる　}

　大半は最初の内は分からなくていいと思います。このままプログラムに組み込み、mainの最初の方で初期化ルーチンを呼び出し、データを送りたくなったときにsendDataルーチンを使えばそれで動きますから。

　触る必要が出てくるのは２カ所で、SCI1.BRRとSCI1.SCRです。それぞれボーレートの設定と受信割り込みの設定です。BRRの方は動作クロックが変われば値が変わってきますが、ここでは16MHz駆動の場合で話を進めています。各種ボーレートと設定値は以下の表のように対応します。

ボーレート	BRRの値
4800	103
9600	51
19200	25
38400	12

　SCRはビット単位で細かく見ていくと次のようになっています。

ビット	機能
０	SCIのクロックソースを選択します。内部クロックで調歩同期モードで使うには００でＯＫです。
１	SCIのクロックソースを選択します。内部クロックで調歩同期モードで使うには００でＯＫです。
２	送信終了割り込みの許可（１）、禁止（０）
３	マルチプロセッサ割り込み許可（１）、禁止（０）
４	受信動作の許可（１）、禁止（０）
５	送信動作の許可（１）、禁止（０）
６	受信割り込みの許可（１）、禁止（０）
７	送信データエンプティ割り込みの許可（１）、禁止（０）

　上のサンプルプログラムではSCR = 0x30となっていますので、送受信動作のみ許可しているわけです。

　では、sendData()の使い方の例としてもう一つ紹介しましょう。さきほどポートの入力で作った回路を使って、スイッチ入力の状態を送信します。対応するビットがONの時には「１」、OFFの時には「０」と表現して８ビットデータとします。つまり、スイッチが

　ON　OFF　ON　OFF　ON　OFF　ON　OFF

となっている場合には、0xaaとなります。
この場合のプログラムは次のようになります。

　void main(void) 　{ 　 InitSci1(); // SCI1初期化　 P2.DDR = 0x00; // Port-2は入力設定　 P2.PCR.BYTE = 0xff; // Port-2をプルアップ　 while(1){ 　 sendData(P2.DR.BYTE); 　 } 　}

　Ｈ８で受信してみる
　Ｈ８での受信は送信ほど簡単ではありません。受信動作には２通りの方法があります。一つはプログラムの任意の場所に受信チェックを入れておき、その場所にプログラムカウンタが来たときのみ受信動作をする方法と、「受信割り込み」を使う方法です。

　前者の場合は受信するとSSRの６ビット目のRDRFが０から１に変わるので、それをチェックすれば受信したかどうかが分かり、次にRDRという８ビットレジスタに受信データが格納されているのでそれを受け取れば受信が完了します。プログラムで書くと次のようになります。受けただけでは受信したかどうか分からないので、送信元に同じ文字を送り返すようになっています。

　void main(void) 　{ 　 InitSci1(); // SCI1初期化　 char RecvDat; 　 while(1){ 　 if(SCI1.SSR.BIT.RDRF){ 　 SCI1.SSR.BIT.RDRF = 0; // 受信フラグを解除　 RecvDat = SCI1.RDR; // 受信データをRecvDatに格納　 sendData(RecvDat); // 受信データをそのまま送信　 } 　 } 　}

　さて、本命は受信割り込みです。上の場合とどう違うかというと、割り込み機能を使うと、プログラムが他の作業をしている最中でもそれを一時中断して受信動作ができるということです。だから、たとえば「"Q"が送られてきたらその場でプログラム停止」というような事ができるわけです。

　割り込み処理をするためにはいくつか乗り越えなければいけない壁があります。まず、先ほどまではメインルーチンを含むファイルだけを触れば良かったのですが、今度は次の４つのファイルを変更する必要があります。

hwsetup.c	ハードウェアの使い方を定義
intprg.c	割り込み処理の中身を記述
main.c	メインルーチンのあるファイル
resetprg.c	リセット（電源投入）時に実行するファイル

　このファイルをダウンロードしてください。必要箇所は変更し、不必要な個所は削除してあります。
　resetprg.cの変更箇所は１文字だけです。

set_imask_ccr(1);

　５６行目でこのようになっている部分を

set_imask_ccr(0);

　このようにします。「１」のままでは起動時に全割り込み処理（ＮＭＩ割り込みだけは除く）が禁止されていますが、これをクリアすることで割り込みが有効になります。

　hwsetup.cは標準ではすべてコメント分になっていますが、次のようにコメント部分を解除します。

hwsetup.c

　　 SYSCR.BYTE = 0; 　　 SYSCR.BIT.SSBY = 1; 　　 SYSCR.BIT.STS = 7; 　　 SYSCR.BIT.UE = 1; 　　 SYSCR.BIT.NMIEG = 1; 　　 SYSCR.BIT.RAME = 1; 　　 INTC.IPRB.BYTE = 0; 　　 INTC.IPRB.BIT.B2 = 1; // Set SCI1 Priority Level

　intprg.cは割り込みが掛かったときの処理を記述するファイルです。今回はSCI1の受信割り込みだけを考えますので、次のように書きます。

intprg.c

　　#include <machine.h> 　　#include "vect.h" 　　#pragma section IntPRG 　　#include "iodefine.h" 　　extern int ComFlag; 　　extern char RecvDat; 　　void INT_ERI1(void) // 受信エラー時の処理　　{ 　　 SCI1.SSR.BYTE &= 0xc7; // Clear receive error flag 　　} 　　void INT_RXI1(void) // 正常に受信できた場合の処理　　{ 　　 SCI1.SSR.BIT.RDRF = 0 ; // 受信フラグを解除　　 RecvDat = SCI1.RDR; 　　 ComFlag = 1; 　　}

　他の割り込み要因の部分は使わないので、気分的には消したくなるのですが、消すとコンパイルを通りませんので、そのままにしておいてください。
　この処理では void INT_RX1(void)という部分が受信時の処理です。受信エラーが起こったときのために上の
void　INT_ERI1(void)も保険みたいな物ですから書いて置いてください。

　さて、
　　　　extern int ComFlag;
　　　　extern char RecvDat;
　という文がありますね。この「extern」という単語は使ったことのない人も多いかと思いますが、これはこのファイル（intprg.c）以外のファイルでグローバル宣言されている変数をこのファイルでも使いたいときに宣言します。今回のサンプルではtest04.cに宣言があります。

main.c

　　int ComFlag; 　　char RecvDat; 　　void main(void) 　　{ 　　 InitSci1(); 　　 ComFlag = 0; 　　 while(1){ 　　 if(ComFlag){ 　　 sendData(RecvDat); 　　 ComFlag = 0; } 　　 } 　　}

　main.c（サンプルファイルではtest04.c）は上のような感じになります。結局やっていることは最初に説明した場合と同じように、受信したらその文字を送り返すだけなのですが、処理がだんだん複雑になってくると割り込み処理が有効になってきますので、できるだけこちらの方法に慣れるようにしてください。

　最後に、ドツボにはまりやすいので分けましたが、InitSCI(void)の中身も１文字だけ変更しなければいけません。

void InitSci1(void) { unsigned int dmy; SCI1.SCR.BYTE = 0; //ｼﾘｱﾙｺﾝﾄﾛｰﾙﾚｼﾞｽﾀ(SCIの送信/受信動作設定) SCI1.SMR.BYTE = 0; //ｼﾘｱﾙﾓｰﾄﾞﾚｼﾞｽﾀ(SCIの通信ﾌｫｰﾏｯﾄの設定) SCI1.BRR = 51; //9600bps for(dmy = 280;dmy > 0;dmy--); //Wait 1bit transfer time SCI1.SCR.BYTE = 0x70; //Enable Tx & Rx ,Enable Rx interrupt SCI1.SSR.BYTE &= 0x80; //Clear receive error flag }

　どこが変わっているか分かりますか？
　今回からは割り込み処理が入るので、SCRの設定で受信割り込みを許可してやらなくてはいけません。だから、SCRの６ビット目の受信割り込みを０から１に変更して、その結果、0x30が0x70になっているのです。

　割り込みを使った場合でも使わなかった場合でも、パソコンから文字を１つ送ったらそれがそのまま返ってきますので、ソフトがちゃんと動いているかどうかは一目瞭然です。一度実感してみてください。

　もし、サンプルファイルでちゃんと動かない場合はハードウェアに問題があるとしか考えられません。一番ありがちなパターンはTXD線とRXD線が逆の場合です。配線をやり直すか、クロスケーブルで試してみてください。あと、D-sub９ピンコネクタの７・８ピンはショートさせましたか？　これをしないとちゃんと動きません。

　また、開発環境はＨＥＷですよね？　サンプルがＨＥＷで作っているんだから、それ以外のコンパイラが使えるわけありません。秋月のコンパイラなどを使いたいときにはそれ相応に書き換えてください。特に、割り込み関係は秋月のコンパイラでは不可能ではありませんが、かなり厳しいと思います。