[아두이노 기초] 시리얼 통신

회로 디버깅 및 표준 통신으로 많이 사용하는 시리얼 통신의 기초 개념에 대해 살펴보고 시리얼 통신을 이용하여 터미널 문자 출력 및 데이터 송수신을 구현해본다.

 

 

 

1. 회로도 구성

 

- 아두이노에는  Serial-to-USB 변환 모듈이 있어 USB를 이용하여 Hardware Serial(Tx, Rx)핀을 노트북과 시리얼로 연결할 수 있다. 

 

 

 

 

2. 기초개념

 

1) 시리얼(Serial 통신)

- 보통 UART(Universial Asynchronous Receiver and Transmitter)라고 하는 통신방법이다.

- '시리얼'이라는 용어는 데이터를 Serialize/Deserialize 하는 과정을 말한다(2~4개의 통신선으로 데이터 전송이 가능)

- 표준 통신방법이라 세계 표준이며, 간단하게 장비간 데이터를 전송할 수 있다(PC와도 연결가능).

- UART의 종류에는 RS-232, RS-485, RS-422 등 있다.

 

Specification	RS232C	RS423	RS422	RS485
동작 모드	Single-Ended	Single-Ended	Differential	Differential
최대 Driver/ Receiver 수	1 Driver 1 Receiver	1 Driver 10 Receiver	1 Driver 32 Receivers/256	32 Drivers 32 Receivers/256
최대 통달거리	약 15 m	약 1.2 km	약 1.2 km	약 1.2 km
최고 통신속도	20 Kb/s	100 Kb/s	10 Mb/s	10 Mb/s
지원 전송방식	Full Duplex	Full Duplex	Full Duplex	Half Duplex
최대 출력전압	±25V	±6V	-0.25V to +6V	-7V to +12V
최대 입력전압	±15V	±12V	-7V to +7V	-7V to +12V

출처: https://www.dsun.kr/90 [Dsuny]

 

 

 

시리얼 통신(RS-485)의 1:N 구조

 

 

- 시리얼 통신의 구조는 아래와 같다.

 

 

 

- 시리얼 통신을 사용하기 위한 설정은 아래와 같으며, 보내는 장치와 받는 장치는 반드시 동일하게 설정해야 한다.

 

    예) 9600 8N1

     Baudrate : 9600bps

     Databit : 8bit

     Paritybit : No

     Stopbit: 1bit

 

 

2) 아두이노의 시리얼 통신

 

- Hardware Serial: 아두이노에서 물리적으로 시리얼 통신이 가능한 포트를 만들어 놓음, 아래와 같이 간단하게 설정하여 사용함

 

Serial.begin(9600);

 

 

  아두이노에서 Hardware Serial은 두 가지 용도로 사용되어짐(동시에 사용할 수 없음)

 

    Programmer : PC에서 컴파일한 아두이노 코드를 실행시키기 위해 USB-to-Serial 변환하여 프로그래밍함

    Serial 통신 : 프로그래밍이 끝나고 나면 일반적인 시리얼 통신 용도로 사용이 가능함

 

 

- Software Seiral: 디지털 핀을 이용하여 시리얼 통신을 구현할 경우 사용, 아래와 같이 핀을 선언해주어야 함

 

SoftwareSerial mySerial(10, 11); // RX, TX Serial.begin(9600);

 

 

 

3) 인터럽트

 

- 프로그램 실행중 현재 처리하는 일을 잠시 중단시키고, 다른 동작을 수행하도록 요구 

- 인터럽트는 이벤트라는 신호를 우선 처리하는 방식이며, 정확한 타이밍을 요구할 때 사용(우선순위 높음)한다.

- 인터럽트 신호가 발생하면 인터럽트를 수행하는 함수(Handler또는 Callback)가 로딩되다.

- 인터럽트 수행함수는 동작시간이 짧아야 한다(다음 인터럽트를 받을 수 있기 위해)

 

인터럽트 개념

 

- 인터럽트 동작 순서

 

인터럽트 발생 -> 어떤 인터럽트가 발생했는지 확인(Vector Table) -> 인터럽트 서비스 루틴 실행(인터럽트 함수 실행)  -> 종료 후 원래 프로그램을 복귀

 

 

- 아두이노에서 인터럽트를 사용하기 위해서는 아래와 같이 인터럽트를 등록해야 함

 

attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(pin), ISR, mode)

   디지털 핀 2번 -> Int 0

   디지털 핀 3번 -> Int 1

 

   mode 종류

• LOW to trigger the interrupt whenever the pin is low,

• CHANGE to trigger the interrupt whenever the pin changes value

• RISING to trigger when the pin goes from low to high,

• FALLING for when the pin goes from high to low.

 

참고자료

 

https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/external-interrupts/attachinterrupt/

Arduino Reference

 

 

 

 

 

3. 소스코드

 

1) 시리얼 출력

 

AUNO_Basic_06_01_Serial.ino

0.00MB

 

 

- 아두이노 스케치에서 코드 실행(Ctrl + U)후 시리얼 모니터(Ctrl+Sift+M)로 연결한다.

/*****************************************************/ /*  Project   : Arduino Basic Training Course /*  Title     : 06_01_Serial /*  Descript  : print various characters using Serial Comm /*  Platform  : Arduion UNO /*  IDE: Arduino Sketch 1.6/1.8 or vMicro /*  Author    : shlee853 /*  History   : Rev 1.0  2020.02.11  - Initial release  /* /*****************************************************/ #define DELAY   1000 void setup(){   Serial.begin(9600);   Serial.print("Serial.write 1 = ");     Serial.write(1);     Serial.write('\n');     delay(DELAY);      Serial.print("Serial.write 49 = ");     Serial.write(49);    Serial.write('\n');     delay(DELAY);   Serial.print("Serial.print 1 = ");     Serial.print(1);     delay(DELAY);   Serial.print("Serial.print 49 = ");     Serial.print(49);     delay(DELAY);   Serial.print("Serial.write 'a' = ");     Serial.write('a');     Serial.write('\n');     delay(DELAY);   Serial.print("Serial.print 'a' = ");     Serial.println('a');     delay(DELAY);      Serial.print("Serial.write ABCDEF = ");     Serial.write("ABCDEF");   Serial.write('\n');     delay(DELAY);      Serial.print("Serial.print ABCDEF = ");     Serial.println("ABCDEF");   delay(DELAY); } void loop(){ }

 

 

실행결과

- 시리얼 모니터(또는 터미널)로 출력되는 것은 모두 아스키 코드로 변환된 값이다. 

- Serial.print()는 입력값을 아스키(ASCII) 코드값으로 인식하고, Serial.wite()는 데이터 그대로 인식한다.

 

* 참고(아스키 코드표)

 

 

아스키 코드표

 

 

특수문자의 아스키 코드표

출처 - www.printf.co.kr

 

 

 

2) 시리얼 데이터 송수신(Polling 방법)

 

AUNO_Basic_06_02_Serial_Polling.ino

0.00MB

 

- 터미널에서 입력한 데이터를 터미널 창으로 그대로 출력하는 예제 

- 폴링 방법은 프로그램이 항상 신호 상태를 확인하도록 되어 있음(resource를 많이 사용함)

/*****************************************************/ /*  Project   : Arduino Basic Training Course /*  Title     : 06_02_Serial_Polling /*  Descript  : read data from serial tx using Serial Comm with Polling  /*  Platform  : Arduion UNO /*  IDE: Arduino Sketch 1.6/1.8 or vMicro /*  Author    : shlee853 /*  History   : Rev 1.0  2020.02.11  - Initial release  /* /*****************************************************/ char data=0; bool blinkState = false; void setup() {   // put your setup code here, to run once:   Serial.begin(9600);   pinMode(13, OUTPUT); } void loop() {  if(Serial.available()){   data = Serial.read();   if(data=='\r') {     Serial.write('\r');     Serial.write('\n');   }   else {     Serial.write(data);   }   blinkState = !blinkState;   digitalWrite(13, blinkState);    }     }

 

 

3) 시리얼 데이터 송수신(인터럽트 방식)

 

AUNO_Basic_06_03_Serial_Int.ino

0.00MB

 

- 터미널에서 입력한 데이터를 터미널 창으로 그대로 출력하는 예제

- 인터럽트 방법은 리소스 부담이 없고 신호가 입력된 즉시 함수가 실행됨

/*****************************************************/ /*  Project   : Arduino Basic Training Course /*  Title     : 06_02_Serial_Int /*  Descript  : read data from serial tx using Serial Comm with interrupt  /*  Platform  : Arduion UNO /*  IDE: Arduino Sketch 1.6/1.8 or vMicro /*  Author    : shlee853 /*  History   : Rev 1.0  2020.02.11  - Initial release  /* /*****************************************************/ #define DELAY   1000 char data=0; bool blinkState = false; void setup() {   // put your setup code here, to run once:   Serial.begin(9600);   pinMode(13, OUTPUT); } void loop() {    void serialEvent(void)  {   data = Serial.read();   if(data=='\r') {     Serial.write('\r');     Serial.write('\n');   }   else {     Serial.write(data);   }   blinkState = !blinkState;   digitalWrite(13, blinkState);   }