ＰＩＣ−ＵＳＢＩＯ　ｕｓｉｎｇ　ＢＡＳＩＣ
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ＵＳＢインターフェースを内蔵したＰＩＣを使ってＷｉｎｄｏｗｓパソコンで外部回路を制御するための各種Ｉ／Ｏ基板の製作記事です。
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［第１５４回］



●ＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３（１０３）ＥＵＳＡＲＴ（５）非同期モード（４）送受信プログラム

今回は非同期モードの送信プログラムと受信プログラムを作成して実際にそのプログラムを使って通信のテストをします。
その方法としてはＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３を２台使って一方から送信したデータをもう一方が受信します（下図）。


ＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３を２台接続して送受信を行なうというテストはＳＰＩ通信で行いました（［第１２７回］）
またＩ^２Ｃモードでも行ないました（［第１４４回］）。
いずれも一方がマスターでもう一方がスレーブというように通信を行なう２台は別の役割を担います。
そしてマスターが送出するクロックに合わせてデータを送信します。
それに対して今回の非同期通信ではクロックは出力しません。
それが大きな特徴です。
送信側と受信側でそれぞれ内蔵するボーレートジェネレータで同じボーレートのクロックを使って送信し受信します。
そのままだとクロックは同じでも送信側と受信側の同期をとることができません。
その同期をとるために１文字ごとにスタートビットとストップビットでデータをはさんで送信します。
クロック信号を送信しないため送信側と受信側は対等でどちらがマスターでどちらがスレーブというような区別はありません。
上の図のようにそれぞれの送信出力と受信入力を相手側の受信入力と送信出力ラインにクロスするように接続します。
そして信号レベルを合わせるために両方のＧＮＤを接続します。
ＲＳ２３２Ｃは送信と受信を直結しないで間に電圧変換回路を入れて通信ラインを±１２Ｖ程度の電圧に変換して送受信を行ないます。
ここではＲＳ２３２Ｃの動作を確認することが目的ではなくてそのもとになっている非同期通信の動作を確認することが目的ですから上図のように送信と受信はそのまま直接接続します。

下は作成したテストプログラムです。

左側の画面が送信側で右側の画面が受信側です。
とりあえずは左側のＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３からデータを送信してそれを右側のＰＩＣＵＳＢＩＯ−０３で受信するテストを行ないますが初期設定はどちらもそのままで右側から送信して左側で受信することもできます。
また全二重通信ですからプログラムをうまく作れば送信と受信を同時に行なうこともできます。
全二重とは電話の通話のように送信と受信を同時に行なうことができる通信方式です。
これに対して半二重とは同時には送信か受信の一方しか通信できない方式です。
右側はプログラムの先頭でＲＣＳＴＡをクリアしています（１０行）。
いろいろテストをしたのでフレーミングエラーやオーバーランエラーが発生してしまいました。
それらをクリアするためにＲＣＳＴＡをクリアしています。
２０行は確実にクリアしたことを確認するためのｐｒｉｎｔ文です。
その次の行からｐｉｃｏｕｔ　ＲＣＳＴＡ，＄９０の行までが初期設定で左右で行番号は異なっていますが同じことをしています。
左側のプログラムで簡単に説明します。
最初にＰＯＲＴＢを入力に設定します（１０行）。
次にボーレートを決定します。
ＰＩＣＵＳＢＩＯ用のＢＡＳＩＣインタプリタのＰＩＣＯＵＴ命令、ＰＩＣＩＮ関数は実行に時間がかかるのでボーレートが高い通信では受信側がオーバーフローしてしまう可能性があります。
そうしないための工夫が送信側に必要になるのですが今回はできるだけ簡単なサンプルプログラムにしたいと思いますのでうんとゆっくりしたボーレートでテストを行ないます。
ボーレートについては前回説明しました。
そこで説明した表のなかで一番低いボーレートは３００ボーです。
ボーレートの表は２つあります。
どちらでも使えますが今回は上側の表を使います（ＳＹＮＣ＝０、ＢＲＧＨ＝０、ＢＲＧ１６＝１）。
ＳＰＢＲＧＨ：ＳＰＢＲＧに設定する値は９９９９です。
１６進数に直すと＄２７０Ｆになります。
ＳＰＢＲＧＨには上位８ビットをセットします（２０行）。
ＳＰＢＲＧには下位８ビットをセットします（３０行）。
次にＢＡＵＤＣＯＮレジスタをセットします（４０行）。
ＢＡＵＤＣＯＮレジスタは前回説明しました。
ｂｉｔ３（ＢＲＧ１６）のみ’１’にしますから＄０８です。
その次にＴＸＳＴＡレジスタをセットします（５０行）。
ＴＸＳＴＡレジスタとＲＣＳＴＡレジスタは［第１５０回］で説明しました。
ＴＸＳＴＡには＄２０をセットします。
ｂｉｔ６（ＴＸ９）＝０、ｂｉｔ５（ＴＸＥＮ）＝１、ｂｉｔ４（ＳＹＮＣ）＝０、ｂｉｔ２（ＢＲＧＨ）＝０です。
最後にＲＣＳＴＡレジスタに＄９０をセットします（６０行）。
ｂｉｔ７（ＳＰＥＮ）＝１、ｂｉｔ６（ＲＸ９）＝０、ｂｉｔ４（ＣＲＥＮ）＝１です。
ここまでで初期設定は終わりです。
テストデータとして３文字を送信します。
’Ａ’（＄４１）、’Ｂ’（＄４２）、’Ｃ’（＄４３）を送ります。
最初の文字は初期設定直後なので送信バッファは空のはずですからいきなり送信できます（７０行）。
ＴＸＲＥＧレジスタに文字コードを書き込むだけでそのまま送信されます。
その次からは送信バッファが空になったことを確認してから（８０行、１００行）、データを送ります（９０行、１１０行）。
送信バッファ（ＴＸＲＥＧ）が空のときにはＰＩＲ１レジスタのｂｉｔ４（ＴＸＩＦ）がセットされます。
ＴＸＩＦはリードオンリーです。
ＴＸＩＦはＴＸＲＥＧに送信データを書き込むとクリアされます。
ＰＩＲ１レジスタは［第７３回］で説明しました。
１２０行から後ろはテストのためのＰＲＩＮＴ文です。
本来は不要です。
この部分の説明は後でします。

受信側のプログラムの説明です。
受信バッファ（ＲＣＲＥＧ）に受信データがあるときにＰＩＲ１レジスタのｂｉｔ５（ＲＣＩＦ）がセットされます。
ＲＣＩＦはリードオンリーです。
ＲＣＩＦはＲＣＲＥＧの受信データを読むとクリアされます。
ＲＣＩＦがセットされていたら（９０行、１１０行、１３０行）、ＲＣＲＥＧを読みます（１００行、１２０行、１４０行）。

プログラムを実行しました。

最初に受信側を実行しました。

次に送信側を実行しました。

左側（送信側）が送った３文字のデータが右側（受信側）で受信されました。
左側の１２０行から後ろのプログラムの意味です。
すべてＴＸＳＴＡの値を表示しています。
プログラムを実行すると最初は’２０’が表示され途中から’２２’が表示されています。
途中からｂｉｔ１が’１’になっていることがわかります。
ＴＸＳＴＡレジスタのｂｉｔ１はＴＲＭＴです。
ＴＸＳＴＡレジスタは［第１５０回］で説明しました。
ＴＲＭＴビットは送信シフトレジスタ（ＴＳＲ）が完全に空になったときにセットされます。
ＴＲＭＴビットはリードオンリーです。
ＴＲＭＴビットはＴＳＲにデータが残っている間クリアされています。
最後にＴＸＲＥＧに送信データを書き込んだ後、７回’２０’が読み出されています。
７回ＰＩＣＩＮが実行される間ＴＳＲに送信データがあったことを示しています。
３００ボーは３００ビット／秒の送信速度です。
１文字の送信は前後にスタートビットとストップビットが加わりますから１０ビットを送信することになります。
すると１文字を送信するには１／３０秒≒３３ｍｓｅｃかかることになります。
ＰＩＣＩＮ関数の実行時間は通常は６〜８ｍｓｅｃです。
６ｍｓｅｃだとすると６Ｘ７＝４２ｍｓｅｃ、８ｍｓｅｃでは５６ｍｓｅｃですからちょっと送信に時間がかかっているように思えます。
これは次のように考えられます。
一つ前のデータ（’Ｂ’）がＴＸＲＥＧからＴＳＲ（送信シフトレジスタ）に送られるとすぐにＴＸＩＦがセットされます（１００行）。
そこで次のデータ（’Ｃ’）をＴＸＲＥＧに書き込みますが（１１０行）このときはまだ’Ｂ’の送信の途中です。
そこからＴＳＲが完全に空になってＴＲＭＴビットがセットされるまでには最大で６０ｍｓｅｃ以上かかることになります。

ＣＰＬＤロジアナでＴＸ−ＲＸラインをモニタしました。

ＰＲＯＢＥ０が送受信データです。
３００ボーの１ビットは１／３００秒≒３．３ｍｓｅｃです。
スタートビットは’０’でストップビットは’１’です。
８ビットのデータは最下位ビットから送られます。
最初のデータは
０−１０００００１０−１（＄４１）最初はスタートビット’０’、最後はストップビット’１’です。
続いて
０−０１００００１０−１（＄４２）
最後は
０−１１００００１０−１（＄４３）
です。

２番目のデータ（’Ｂ’、＄４２）のスタートビットは３４ｍｓｅｃあたりにあります。
３番目のデータ（’Ｃ’、＄４３）のストップビットの終わりはちょうど１００ｍｓｅｃのあたりです。
するとその間の時間は６６ｍｓｅｃですからさきほどの計算と一致します。

ＰＩＣ−ＵＳＢＩＯ　ｕｓｉｎｇ　ＢＡＳＩＣ［第１５４回］
２０２３．１．１３ｕｐｌｏａｄ

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