9. MCU 보드 제작기 - UART 인터페이스

 

 

 UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)는 병렬 데이터의 형태를 직렬 방식으로 전환하여 데이터를 송수신하는 컴퓨터 하드웨어의 일종이다. 대표적인 통신 프로토콜에는 RS-232 방식이 있다. 해당 통신 방식은 비동기 통신 방식으므로 사전에 송수신측은 클럭수를 동일하게 해주어야 한다. 송신측은 시작 비트-데이터 비트-패리티 비트-종료 비트로 구성된 데이터를 송신한다. 그러면 수신 측은 시작 비트를 감지한 후 그 뒤에 따라오는 데이터들을 종료 비트를 수신하기 전까지 받아 들인다.

 

UART 통신 데이터 구성

 

UART 통신 인터페이스가 있다면 기기 간 통신, 디버깅, 유사시에는 펌웨어를 업로드하는 용도로 사용할 수 있다. 이번 글에서는 UART 인터페이스를 구성해보기로 한다.

 

헤더 핀

UART 통신에는 VCC, GND, RX, TX 총 4개의 헤더 핀이 필요하다. 나는 01x04 헤더핀인 KH-2.54PH180-1X4P-L11.5( C2905435)을 선정하였다. 

 

VCC

해당 헤더 핀은 외부 전원(5V)가 연결되는 선이다. 외부에서 높은 전압을 가진 전류가 갑작스럽게 인가될 경우를 가정하고 보호회로를 구성해줄 필요가 있다. 폴리 퓨즈를 직렬로 연결하여 과전압의 전류가 인가되는 경우 전원을 차단할 수 있도록 해주었다. 0603L035YR(C207013)를 선정하였다. 해당 소자는 최대 6V, 40A의 전류를 흘릴 수 있으며, 최대 0.5W의 파워를 견딜 수 있다. 다음으로 MCU 전원회로에서와 마찬가지로 100nF의 바이패스 커패시터를  연결해주었다.

 

RX/TX

RX/TX 선은 말 그대로 데이터가 송수신 되는 선이다. IO 핀에서 25mA 이상의 전류가 흐를 경우, MCU가 손상될 수 있다는 것은 여러번 다루었다. JTAG/SWD 인터페이스를 설계하였을 때와 비슷하게 너무 높지 않은 저항값을 가진 330Ω 저항을 직렬로 연결해주었다. 갑작스럽게 높은 전압을 가진 전류가 인입되는 경우 TVS 다이오드를 이용하여 그라운드로 신호를 흘릴 수 있다. 프로젝트에서는 TVS 다이오드로 구성된 보호 회로 IC칩, TPD2E001DRLR(C150526)를 사용하였다. 마지막으로 RX 선에 10KΩ pull-down 저항을 연결해주었다. 

 

최종적으로 구성한 회로는 다음과 같다.

 

다음 글에서는 USB 인터페이스에 대해서 다루겠다.