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Guide UART AVR (ATmega328P)

📋 Table des matières

  1. Vue d'ensemble
  2. Configuration UART
  3. Registres principaux
  4. Transmission et réception
  5. Interrupts UART
  6. Calculs pratiques

Vue d'ensemble

UART = Universal Asynchronous Receiver-Transmitter

Caractéristiques principales

┌─────────────────────────────────────────────────┐
│  MCU (ATmega328P)           PC (Terminal)       │
│       ↓                          ↑              │
│    TX (PD1) ────────────────→ RX               │
│    RX (PD0) ←──────────────── TX               │
│    GND      ←──────────────── GND              │
└─────────────────────────────────────────────────┘
Pin Fonction Arduino Description
PD0 RXD D0 Réception de données
PD1 TXD D1 Transmission de données

⚠️ Attention : TX du MCU → RX du PC (croisé !)

Configuration UART

Format de trame : 8N1

    Start   D0  D1  D2  D3  D4  D5  D6  D7  Stop
     ↓      ↓   ↓   ↓   ↓   ↓   ↓   ↓   ↓    ↓
   ┌───┐┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
   │ 0 ││ 1 │ 0 │ 1 │ 0 │ 0 │ 0 │ 0 │ 1 │ 1 │  Exemple : 'A' (0x41)
   └───┘└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘
Format Description Valeur typique
8 8 bits de données 1 octet
N No parity (pas de parité) Pas de vérification d'erreur
1 1 stop bit Fin de trame

Baudrates courants

Baudrate Utilisation UBRR @ 16MHz
9600 Débogage lent, faible bruit 103
19200 Standard 51
38400 Standard 25
57600 Rapide 16
115200 ⭐ Très rapide 8

⭐ 115200 bauds : Standard moderne pour communication rapide

Registres principaux

🔧 UBRRn - UART Baud Rate Register (16 bits)

Définit la vitesse de communication

#define BAUD 115200
#define UART_BAUDRATE (F_CPU / (16 * BAUD))

UBRR0H = (unsigned char)(UART_BAUDRATE >> 8);  // 8 bits hauts
UBRR0L = (unsigned char)UART_BAUDRATE;         // 8 bits bas
Registre Bits Description
UBRR0H 15:8 Partie haute du baudrate
UBRR0L 7:0 Partie basse du baudrate

🔧 UCSRnA - UART Control and Status Register A

État de la transmission/réception

Bit Nom Description Lecture Utilisation
7 RXC0 RX Complete 1 = Donnée reçue Polling RX
6 TXC0 TX Complete 1 = Transmission terminée Vérifier fin TX
5 UDRE0 Data Register Empty 1 = Buffer TX vide ⭐ Polling TX
4 FE0 Frame Error 1 = Erreur de trame Détection d'erreur
3 DOR0 Data OverRun 1 = Donnée perdue Buffer overflow
2 UPE0 Parity Error 1 = Erreur de parité Si parité activée

🔧 UCSRnB - UART Control and Status Register B

Active/désactive RX, TX et interrupts

Bit Nom Description Valeur
7 RXCIE0 RX Complete Interrupt Enable 1 = Active interrupt RX
6 TXCIE0 TX Complete Interrupt Enable 1 = Active interrupt TX
5 UDRIE0 Data Register Empty Interrupt 1 = Active interrupt buffer vide
4 RXEN0 Receiver Enable 1 = Active RX ⭐
3 TXEN0 Transmitter Enable 1 = Active TX ⭐
2 UCSZ02 Character Size bit 2 Voir tableau format

🔧 UCSRnC - UART Control and Status Register C

Configure le format de trame

Bits Nom Description Valeurs
6 UMSEL01:0 Mode Select 00 = UART asynchrone ⭐
5:4 UPM01:0 Parity Mode 00 = No parity ⭐
10 = Even parity
11 = Odd parity
3 USBS0 Stop Bit Select 0 = 1 stop bit ⭐
1 = 2 stop bits
2:1 UCSZ01:0 Character Size 11 = 8 bits ⭐

🔧 UDRn - UART Data Register

Buffer de données (lecture/écriture)

Opération Description
Écriture Place un caractère dans le buffer TX
Lecture Lit le caractère reçu du buffer RX

⚠️ Important : UDR0 est partagé entre RX et TX, mais géré automatiquement par le hardware !

Transmission et réception

Méthode Polling

Transmission : Attendre que UDRE0 = 1 (buffer vide) puis écrire dans UDR0

Réception : Attendre que RXC0 = 1 (caractère reçu) puis lire UDR0

Interrupts UART

Vecteurs d'interrupts disponibles

Vecteur Condition Usage typique
USART_RX_vect Caractère reçu (RXC0 = 1) ⭐ Echo, parsing de commandes
USART_UDRE_vect Buffer TX vide (UDRE0 = 1) Transmission asynchrone
USART_TX_vect Transmission terminée (TXC0 = 1) Désactiver driver RS-485

Avantages des interrupts

  • Programme principal libre pendant l'attente
  • Pas de polling actif (économie CPU)
  • Réactivité immédiate

Calculs pratiques

Formule du baudrate

UBRR = (F_CPU / (16 × Baudrate)) - 1

Pour mode asynchrone normal (U2X = 0)

Tableau de calcul @ F_CPU = 16 MHz

Baudrate Formule UBRR (décimal) UBRR (hex) Erreur (%)
9600 16M/(16×9600)-1 103 0x67 0.2%
19200 16M/(16×19200)-1 51 0x33 0.2%
38400 16M/(16×38400)-1 25 0x19 0.2%
57600 16M/(16×57600)-1 16 0x10 2.1%
115200 16M/(16×115200)-1 8 0x08 3.5% ⚠️

⚠️ 115200 bauds : Taux d'erreur de 3.5% acceptable mais limite haute

Mode double vitesse (U2X = 1)

Activer le bit U2X0 dans UCSR0A pour réduire l'erreur de baudrate.

Formule devient : UBRR = (F_CPU / (8 × Baudrate)) - 1

Baudrate UBRR (U2X=1) Erreur (%)
115200 16 2.1% ✓

Résumé des bits essentiels

Opération Registre Bits à activer
Activer TX UCSR0B TXEN0
Activer RX UCSR0B RXEN0
Format 8N1 UCSR0C UCSZ01 + UCSZ00
Attendre buffer TX vide UCSR0A Tester UDRE0
Attendre réception UCSR0A Tester RXC0
Interrupt RX UCSR0B RXCIE0 + sei()