【RL78】CS+を使ってUART通信のプログラムを開発する

マイコンを扱うなら必ずシリアルで通信する日が訪れるでしょう。

シリアル通信は、パソコンや周辺機器と有線で接続して、データの送受信を行うことができます。このシリアル通信の中でもUART（ユーアート）通信はよく使います。

近年、Bluetoothを始めたした無線化が進んでいる一方で、有線であるUART通信は今でも使われ続けています。多くのマイコンに内蔵されており、２本の通信線を機器に接続するだけで簡単にデータの送受信ができるので難易度は比較的低いからだと思います。

この記事では、RL78のUART通信のプログラムについて解説していますので、これからUART通信をする方は是非参考にしてみてくださいね。

UART通信についてもっと詳しく解説

このUARTとは、Universal Asynchronous Receiver Transmitter（直訳すると汎用非同期式送受信機）の略で、コンピュータが周辺機器装置とのデータ送受信で使用される標準規格です。

データを送信するための信号とデータを受信するための信号の２種類を使って通信を行います。この信号については以下の単語を使いますので覚えておきましょう。

• TXD：データを送信する信号
• RXD：データを受信する信号

周辺機器のデバイスと接続するときは、TXDとRXDの組み合わせで接続します。

データの通り道を１つにして、TXDからRXDに１バイト８ビットのデータの塊を送ります。この接続が双方向にあるので、2台のデバイスは自由にデータの交換をすることができるのです。

シリアル通信の条件を設定してデバイス間で通信をさせます。UARTではボーレートやパリティ等に様々なバリエーションがあり、用途に合わせて条件の設定を行います。 太字で強調されている文字は、一般的に設定される条件です。

条件毎に説明を以下に記載しています。

• ボーレート：１秒間に何ビット送信するかを設定します。数値が大きいほど速くデータを送信することができます。
• スタートビット：1バイトのデータを送信する前に、通信を開始する合図を立下りエッジで知らせます。
  送信側は立下りエッジから１バイトだけLow（０V）にします。
• データビット： 送信するデータの長さを指定します。通常８バイトの長さでデータを送信します。
• パリティビット：誤り検出符号ビットで、通信の信頼性を確保するために設定します。
  奇数、偶数、なしを使用することができ、ハードウェアで自動的に処理されます。
• ストップビット：ストップビットは1 バイトの通信が終了する時のビット数を設定します。
  送信側は、指定したビットの時間だけHighになります。ストップビット検出後もHighが維持されますので、続けてスタートビットを送信してデータを連続で送信することが可能です。

コードを実装前にコード生成を行おう

今回はUART通信をコード生成してみましょう。

プロジェクト・ツリー内にあるコード生成（設計ツール）を展開し、シリアルを選択します。SAU0タブ内のチャンネルタブを選択します。

チャンネル0をUART0、送信/受信機能を選択します。

続けて、UART0の受信と送信の設定をします。まずは、受信の設定から行います。お好みで設定することができます。下図はUART通信で一般的に設定される条件で設定をしています。

受信と送信の設定が分かれており、送信タブを選択して忘れずに設定をしておきましょう。受信と送信の設定内容は基本的に同じで問題ないです。

UART通信の動作仕様説明について

RenesasのサンプルコードをもとにUART通信のプログラムを実装します。UART通信で受信した１文字のデータに対応したデータを送信するサンプルになります。

プログラムを実装しよう

コード生成した時に自動で作成されたソースコードにUART通信に関連する関数を使うことで簡単にプログラムを実装することができます。

#include "iodefine.h"              // 端子の基本設定読み込み
#include "r_cg_macrodriver.h"      // uint8_t、uint16_tの読み込み
#include "r_cg_wdt.h"              // ウォッチドッグタイマー
#include "r_cg_serial.h"           // UART設定

uint8_t g_uart0_rx_buffer = 0U;    // UART0 receive buffer
uint8_t g_uart0_rx_error = 0U;     // UART0 receive error status
MD_STATUS g_uart0_tx_end = 0U;     // UART0 transmission end

static const uint8_t message_ST[7U] = {"START\r\n"};  // UART開始メッセージ
static const uint8_t message_OK[4U] = {"OK\r\n"};     // "T"が受信されたら、"OK"を送信
static const uint8_t message_ok[4U] = {"ok\r\n"};     // "t"が受信されたら、"ok"を送信
static const uint8_t message_UC[4U] = {"UC\r\n"};     // それ以外が受信されたら、"UC"を送信

void user_main(void)
{
    long i;  // 空ループ用 
    R_UART0_Start();  //UART開始
   
    R_UART0_Send((unsigned char *)message_ST,7); //送信
    
    while(1)
    {    
        R_UART0_Receive(&g_uart0_rx_buffer, 1U);  // UART受信バッファの取得
	
        // 受信データの確認
        switch (g_uart0_rx_buffer)
        {
            // 受信がない場合
            case 0x00:
                break;
            // "T"が受信された場合
            case 'T':
                R_UART0_Send((uint8_t *)message_OK, 4U);  // "OK"を送信
                break;
            // "t"が受信された場合
            case 't':
                R_UART0_Send((uint8_t *)message_ok, 4U);  // "ok"を送信
                break;
            // それ以外が受信された場合
            default:
                R_UART0_Send((uint8_t *)message_UC, 4U);  // "UC"を送信
                break;
        }
	
        //受信バッファをクリア
        g_uart0_rx_buffer = 0x00;
	
        for(i=0;i<100000;i++); //空ループ
	
        R_WDT_Restart();    //ウォッチドッグタイマーリセット
    }
}

それでは、user_mainに記述しているソースコードについて1つずつみていきましょう。

UART動作開始

UART通信送受信の処理を記述する前に、R_ UART0_Start（関数名）を記述します。これがないとUART通信が開始されないので、注意しましょう。

データの送信

データを送信する時は、R_UART0_Send（関数名）を記述します。この関数の引数に送信データとデータサイズを渡してあげます。R_UART0_Send(送信データ, データサイズ)の１行で送信できちゃいます。とても簡単ですね。

データの受信

データを受信する時は、R_UART0_Receive（関数名）を使うのですが、この関数は受信したデータを取得する関数ではなく、受信したデータの格納先を指定する関数です。この関数の引数に受信データの格納先のアドレスと格納先のサイズを渡します。こうすると、データを受信した時に格納先のアドレスにデータを受け渡されます。

今回は１文字だけ受信しますので、格納先のサイズは１U（Uをつけると整数）です。

動作を確認してみましょう

動作確認では、パソコンとマイコンをシリアルケーブルで接続します。パソコン側ではTeraTermを起動して、COMポートを選択して、マイコンで設定した通信条件と同じ条件を指定して接続します。

端末の設定を開いて、改行コードの受信をAUTOにし、送信コードをCR＋LFにします。また、ローカルエコーにチェックを追加します。

TeraTermに、”T” や “t” などの文字を打ち込んでみましょう。

上の様に打ち込んだ文字に対して、マイコンから応答があれば完成です。

UART通信の方法は複数あり、通信状態をポーリングして受信データがあれば読み出しする方法やリングバッファに受信データを格納する方法があります。

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