아두이노의 TWI로 한 바이트나 문자열을 주고 받는 것은 Wire.read(), Wire.write() 함수를 사용하면 쉽게 수행할 수 있으므로 전혀 문제가 없다. 문제는 멀티 바이트로 구성된 short, long, float 등의 데이터를 주고 받는 것이다. 예를 들어서 signed short형 (아두이노에서는 2 bytes임) 데이터를 전송하려고 하면 바이트로 쪼개서 보낸 다음, 받는 곳에서 다시 이를 조합해서 원래의 데이터로 복구시켜야 하는데 무척 번거롭다.

 이런 경우에 union 이라는 자료형을 사용하면 문제를 쉽게 해결할 수 있다. 예를 들어서 다음과 같이 (signed) short 형 데이터를 저장하기 위한 union을 정의한다. volatile 은 인터럽트 루틴 안에서 사용되기 때문에 붙인 것이다.

union자료형은 포함된 변수의 메모리를 공유하기 때문에 여기서 보면 byArr[0]은 short형 sVal 변수의 하위바이트를, byArr[1]은 상위 바이트를 가진다.

이제 이것을 이용해서 변수를 생성한다. volatile 을 붙인 이유는 이전과 같다.

그러면 usv.sVal 변수를 보통의 short형 변수처럼 사용하다가 TWI로 전송할 때는 usv.byArr[0]과 usv.byArr[1] 두 바이트를 차례로 보내주면 된다. 예를 들어서 슬레이브의 TWI 전송함수는 다음과 같다.

주의할 것은 usv.byArr 을 반드시 (const byte *) 형으로 캐스트해줘야 한다는 점이다. 그렇지 않으면 컴파일 시에 에러가 발생한다.

 수신단에서도 동일한 union을 정의해 놓고, 받은 데이터를 바이트 배열 byArr 에 차례로 넣어주면 곧바로 sVal 변수를 통해서 short형 변수 값을 쓸 수 있다.

이 함수에서 보면 uMtr.byArr[0] 과 uMtr.byArr[1] 을 차례로 전송받은 후 바로 uMtr.sVal 변수값을 사용하였다. 이렇게 별도로 원래 데이터를 쪼개서 보내고, 받은 후에 (비트 연산자 같은 것을 사용해서)복구하는 과정이 전혀 필요가 없는 것이다.

시리얼 통신 두 번째 예제

 두 번째 예제로 이번에는 PC에서 문자 하나를 받아서 그것이 ‘0’이면 LED를 끄고 ‘1’이면 LED를 켜는 프로그램을 작성해 보자. 이 경우 아두이노는 데이터가 사용자로부터 들어올 때 까지 대기 상태로 있다가 데이터가 읽히면 거기에 맞는 동작을 수행해야 한다.

이 예제에서는 다음과 같은 함수들이 사용되었다.

   int Serial.available() 함수

• 전송되어 내부버퍼(64바이트)에 저장된 데이터의 개수를 반환한다.

• 입력인수는 없다.

   int Serial.read() 함수

• 전송되어 내부 버퍼(64바이트)에 저장된 데이터 중 가장 첫 번째 데이터(ASCII코드)를 읽어서 반환한다.

• 이 함수가 수행되면 내부 버퍼의 크기는 하나가 줄어든다.

• 내부 버퍼가 비었다면 -1을 반환하다.

   int Serial.println() 함수

• 출력 문자열의 끝에 줄바꿈 기호 ‘\r\n’ 가 자동으로 붙는다는 점 외에는 Serial.print()함수와 동일한 동작을 수행한다.

이 예제에서는 USRT 통신기의 내부 버퍼의 개념을 이해할 필요가 있다. 내부 버퍼란 전송된 데이터가 일시적으로 저장되는 내부 메모리를 말하며 데이터가 전송된 순서대로 저장된다. 아두이노의 내부 버퍼의 크기는 64바이트이다. 전송되어 저장된 데이터를 사용하려면 내부 버퍼에서 이 데이터를 읽어내야 하는데 이때 사용되는 함수가 Serial.read()함수이다. 가장 먼저 전송된 데이터 하나를 읽어낸 후 그 데이터는 버퍼에서 삭제되며, 만약 버퍼가 비었다면 -1을 반환한다. 따라서 버퍼에 읽어낼 데이터가 있는지 없는지를 먼저 검사하는 것이 일반적이고 이때 사용되는 함수가 Serial.available()이다. 이 함수는 버퍼에 저장된 데이터의 개수를 반환하며 따라서 버퍼가 비어있다면 0을 반환한다.

 이런 사항들을 이해하였다면 두 번째 예제를 이해하는데 어려움이 없을 것이다. 데이터가 전송되어 오면 그것을 읽어들여서 ‘1’이면 LED를 켜고, ‘0’이면 끈다. 그 이외의 데이터에 대해서는 잘못된 명령이라는 문자열을 출력한다.

시리얼 통신 세 번째 예제

 세 번째로 11번 핀에 부저가 연결되었다고 가정하고 명령어를 하나 받아서 다음과 같은 동작을 수행하는 예제를 작성해 보도록 하겠다.

       - ‘0’ : LED를 끈다.

       - ‘1’ : LED를 켠다.

       - ‘2’ : 부저를 짧게 한 번 울린다. (삑)

       - ‘3’ : 부저를 짧게 두 번 울린다.(삐삑)

       - 그 외의 명령어들은 잘못된 것이라는 메세지를 출력한다.

이 예제의 경우는 처리해야 될 경우의 수가 많기 때문에 if-else 명령보다는 switch-case 명령이 더 효율적이다.

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 시리얼 통신(serial communication)은 기기들간 데이터를 주고 받는 방법 중 하나인데 병렬 통신 (parallel communication) 방식에 비해서 통신선의 갯수가 적다는 장점이 있다.  아두이노는 UART (universal asynchronous receiver and transmitter), SPI, I2C 방식의 시리얼 통신을 지원하는데 이중 UART는 주로 아두이노와 PC간의 통신을 하는데 사용된다. 아두이노는 하나 이상의 UART 통신기가 내장되어 있는데  라이브러리와 IDE에 내장된 터미널(terminal, 주고 받는 데이터를 확인할 수 있는 프로그램)을 이용하면 손쉽게 PC와의 통신을  수행할 수 있다.

 아두이노 우노의 경우 0번과 1번핀이 시리얼 통신에 사용된다. 이 핀들은 내부적으로 USB통신을 담당하는 칩과 연결되어서 USB신호로 변환된 후 PC에 전달된다. 반대로 PC에서 보내지는 USB신호는 이 칩에서 시리얼 통신 신호로 변환되어 아두이노의 AVR에 전달된다. 따라서 만약 아두이노가 PC와의 통신을 수행하고 있다면 이 핀들을 다른 용도로 사용하면 안된다. 그리고 통신을 수행할 때에는 TX, RX라고 마킹된 LED가 깜빡인다.  일단 사용자는 아두이노와 PC간에 USB케이블로 연결하면 통신 실습을 할 준비가 끝나게 된다.

시리얼 통신 첫 번째 예제

 첫 번째 예제로 아두이노에서 PC로 간단한 데이터를 전송하는 예를 해보도록 하겠다. 단순히 아두이노에게 전원을 인가하면 “I’m ready.” 라는 메세지를 PC에 전송하는 예이다.

이 예제를 다운로드 한 후 터미널을 켜고 리셋버튼을 누르면 터미널에 “I’m ready.”라는 문자열이 찍히는 것을 확인할 수 있다. 터미널 실행 버튼을 누르면 아두이노에 자동으로 리셋신호가 걸려서 프로그램이 처음부터 수행된다. 그리고 프로그램 다운로드 중에서는 터미널을 실행시키지 못 한다는 것도 알아두자.

 UART와 관련되 아두이노의 라이브러리는 Serial클래스에 다 모여있다. (자세한 설명을 여기 참조) 일단 이 예제에서 보면 setup()함수내에서 두 개의 함수가 호출되었다.

void Serial.begin(long baud_rate) 함수

• UART 통신을 초기화 시킨다.

• 통신 속도(baud rate)를 입력으로 받는다.        

• 9600, 19200, 57600, 115200 등 여러 baud rate를 지원한다.

long Serial.print(val) 함수

• 입력값을 ASCII값으로 변환하여 PC쪽으로 출력한다.

• 전송된 데이터의 바이트 수를 리턴한다. (잘 사용되지 않음)

• 비동기 통신 방식이므로 데이터가 전송되기 전에 리턴된다.

• 입력 변수 val은 어떤 데이터 타입도 가능하다. 예를 들면

• Serial.print(78) gives "78"

• Serial.print(1.23456) gives "1.23"

• Serial.print('N') gives "N"

• Serial.print("Hello world.") gives "Hello world."

• 두 번째 인수로 출력 형식을 지정할 수 있다. 예를 들면

• Serial.print(78, BIN) gives "1001110"

• Serial.print(78, OCT) gives "116"

• Serial.print(78, DEC) gives "78"

• Serial.print(78, HEX) gives "4E"

• Serial.println(1.23456, 0) gives "1"

• Serial.println(1.23456, 2) gives "1.23"

• Serial.println(1.23456, 4) gives "1.2346"

첫 번째 예제는 setup() 함수 내에서 UART를 초기화 하고 문자열 하나를 보내는 아주 간단한 예제이다.

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