USART

USART on universaalne sünkroonne jadaliides, UART aga selle lihtsustatud variant - universaalne asünkroonne jadaliides. Vahe seisneb selles, et USART kasutab peale andmeliinide ka taktsignaali liini, millega andmeid sünkroniseeritakse, UART aga mitte. AVR-i USART võimaldab täisduplekssidet, 5- kuni 9-bitiseid andmesõnu (8 biti puhul sõna = bait), 1 või 2 stoppbitti, kolme paarsuse režiimi ja laia boodikiiruste valikut. AVR mikrokontrolleritel on üldiselt kuni 2 USART liidest, kuid mõnel puudub USART üldse. Andmete edastamine toimub sõna kaupa, ehk AVR teeb riistvara tasandil kasutaja edastatud sõna bittideks ja edastab selle iseseisvalt ning vastupidi. Kasutaja juhib USART tööd seade-, oleku- ja andmeregistreid kirjutades ning lugedes.

Kõikide seadistuste jaoks on olemas vastavad registrid, mida on üsna lihtne andmelehe abil seadistada. Natuke keerulisem on boodikiiruse seadmine. Taktsignaal andmete edastamiseks genereeritakse töötaktist ja kasutaja saab valida teguri 1-st 4096-ni, millega töötakt läbi jagatakse. Täiendavalt jagatakse saadud taktisignaali olenevalt režiimist veel 2, 8 või 16-ga. Probleem on selles, et kõiki taktsagedusi ei saa jagada nii, et tekiks standardne boodikiirus. Mõnede mikrokontrolleri taktsageduste puhul on boodikiiruse erinevus soovitust ligikaudu 10%. AVR andmelehtedes on toodud tabelid tüüpilistest taktsagedustest, boodikiirustest ja nende saamiseks vajalikust jagamistegurist ning tekkida võivast veast.

Kuna andmete edastus toimub protsessorist sõltumata ja oluliselt aeglasemalt, tuleb enne saatmist veenduda, et liides on valmis uut sõna edastama. Selleks tuleb jälgida saatepuhvri valmisoleku olekubitti, mis näitab, kas sinna võib saatmiseks uue sõna kirjutada või mitte. Kui mikrokontroller käivitada, on see luba vaikimisi kohe olemas. Niipea kui sõna on saadetud ja puhvrisse pole uut sõna saatmiseks kirjutatud, muudetakse saatmise õnnestumise olekubitt kõrgeks.

Sõna saabumist tähistab samuti spetsiaalne olekubitt. Lisaks on olekubitid vastuvõtmisel tekkiva kaadri vea, paarsuse vea ja vastuvõtja puhvri ületäitumise tähistamiseks. Puhvri ületäitumine tekib näiteks siis, kui eelmist saabunud sõna pole vastuvõtu puhvrist välja loetud - seepärast ongi oluline saabuvad sõnad kiiresti programmi lugeda, kasutades selleks näiteks katkestust. Kokku on kolm võimalikku katkestuse põhjust: saatepuhvri valmisolek, saatmise õnnestumine ja vastuvõtmise õnnestumine.

Muide, saatepuhver ja vastuvõtupuhver on füüsiliselt küll erinevad registrid, kuid jagavad sama mäluaadressi ja neil on ühine nimi. Ühine andmeregister toimib nii, et sellesse kirjutades jõuab sõna saatepuhvrisse ja sellest lugedes tuleb see vastuvõtupuhvrist. Veel ühe täpsustusena tuleks arvestada, et 9-bitiste andmesõnade puhul edastatakse ja loetakse üheksandat bitti hoopis ühe seaderegistri kaudu.

// Boodi kiiruseks 9600 bps seadmine. 
// Valem: jagamistegur = taktsagedus / 16 / boodi kiirus - 1
// UBRR = 8000000 / 16 / 9600 - 1 = ~51
UBRR0H = 0;
UBRR0L = 51;
 
UCSR0B = (1 << TXEN0); // Saatja lubamine
 
// Asünkroonse režiimi seadistamine, andmesõna pikkuseks 8 bitti
// 1 stop-bitt, keelatud paarsuse bitt.
UCSR0C = (1 << UCSZ01) | (1 << UCSZ00);
 
// Ootame, kuni andmepuhver on tühi ehk eelmine sõna on saadetud
// Selles näites ei oma see küll mõtet, sest saadetakse alles
// esimest märki, küll tasub seda teha rohkemate märkide korral.
while (!(UCSR0A & (1 << UDRE))) continue;
 
// Märgi kirjutamine puhvrisse, kust see ka teele saadetakse
UDR0 = 'X';

// Boodi kiiruseks 9600 bps seadmine
// Vaja on valida skaala konstant BSCALE -7..7
// Vaja on leida perioodi seade BSEL 
// Valem: BSEL = (F_CPU / (2^BSCALE * 16 * baudrate))-1
USARTD0.BAUDCTRLA = 12;
USARTD0.BAUDCTRLB = (4<<USART_BSCALE_gp);
 
USARTD0.CTRLB |= (USART_TXEN_bm); // Saatja lubamine
 
// Asünkroonse režiimi seadistamine, andmesõna pikkuseks 8 bitti
// 1 stop-bitt, keelatud paarsuse bitt.
USARTD0.CTRLC |= (  USART_CMODE_ASYNCHRONOUS_gc|
                    USART_PMODE_DISABLED_gc|
                    USART_CHSIZE_8BIT_gc);
 
// Ootame, kuni andmepuhver on tühi ehk eelmine sõna on saadetud
// Selles näites ei oma see küll mõtet, sest saadetakse alles
// esimest märki, küll tasub seda teha rohkemate märkide korral.
while (!(USARTD0.STATUS & (USART_DREIF_bm)));
 
// Märgi kirjutamine puhvrisse, kust see ka teele saadetakse
USARTD0.DATA = 'X';