用超低功耗MSP MCU開始一個(gè)I2C通信有關(guān)項(xiàng)目

這是一份介紹性指南，指導(dǎo)你如何用超低功耗MSP微控制器 (MCU) 開始一個(gè)與I2C通信有關(guān)的項(xiàng)目：

簡介

I2C（或稱為I2C，集成電路總線）是一種兩線制通信形式，主要用來在短距離、電路板間的應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)微控制器與外設(shè)IC之間的低速通信。由于其采用范圍很廣，所以學(xué)習(xí)使用I2C與MSP MCU之間的通信已經(jīng)在幫助工程師開發(fā)應(yīng)用方面變得十分必要。通過使用一個(gè)超低功耗MSP MCU來訪問和控制IC器件，這份指南提供了理解I2C協(xié)議并執(zhí)行這一協(xié)議所需的工具與資源。

器件術(shù)語

驅(qū)動(dòng)SCL時(shí)鐘線路的器件被稱為主器件，而對(duì)其進(jìn)行響應(yīng)的器件被稱為從器件。在大多數(shù)應(yīng)用中，MSP MCU為主器件，而外設(shè)IC為從器件，雖然有時(shí)候MSP器件是其它MCU或處理器的從器件。

物理總線

I2C總線由兩條線路組成，SCL和SDA。SCL是用來將所有數(shù)據(jù)傳輸同步的時(shí)鐘線路，而SDA是實(shí)際的數(shù)據(jù)線路。還需要第三條線路，即普通接地，不過通常不被提及。由于兩條線路都是“開漏”驅(qū)動(dòng)器，它們都需要到電源線路的上拉電阻，這樣的話，輸出在無運(yùn)行期間保持在高電平。對(duì)于MSP MCU應(yīng)用來說，電源電壓應(yīng)該與MSP MCU的Vcc相匹配。傳統(tǒng)上，上拉電阻器的值為4.7k?，不過這個(gè)值的范圍可以在少于1k?到10k?之間，取決于所使用的從器件。要獲得正確的上拉電阻值，請(qǐng)參考器件數(shù)據(jù)表。多個(gè)從器件可以共用一條I2C總線，單個(gè)上拉電阻器

I2C軟件協(xié)議

不論何種應(yīng)用，每個(gè)支持I2C器件都需要遵守針對(duì)全部I2C器件所定義的共同軟件協(xié)議，其一般結(jié)構(gòu)始終保持不變。通信從啟動(dòng)序列開始，并在一個(gè)停止序列中結(jié)束，兩個(gè)序列之間有一個(gè)8位數(shù)據(jù)傳輸序列。啟動(dòng)位之后是從地址，通常為7位（雖然很少情況下也使用10位尋址）。這7個(gè)數(shù)據(jù)位被放置在一個(gè)字節(jié)的上7位，而LSB（最低有效位）被用來存儲(chǔ)讀/寫 (R/W) 位。這個(gè)位讓從器件知道是對(duì)其進(jìn)行寫入操作（位值為0），還是讀取操作（位值為1）。對(duì)一個(gè)寫入操作，操作序列如下：

發(fā)送啟動(dòng)序列

發(fā)送從地址，其中R/W位為低電平

發(fā)送寄存器數(shù)

發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)

發(fā)送停止序列

讀取操作序列與寫入操作十分相似，除了它不發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，而是重新發(fā)送啟動(dòng)序列（被稱為一個(gè)重復(fù)啟動(dòng)）和從地址（不過此時(shí)，對(duì)于讀取操作來說，R/W位為高電平），這樣的話，它可以接收數(shù)據(jù)，而不是發(fā)送數(shù)據(jù)。這個(gè)操作在主器件發(fā)出典型停止序列后結(jié)束。下面是讀取操作序列：

發(fā)送啟動(dòng)序列

發(fā)送從地址，其中R/W位為低電平

發(fā)送寄存器數(shù)

再次發(fā)出啟動(dòng)序列（重復(fù)啟動(dòng)）

發(fā)出從地址，其中R/W位為高電平

讀取數(shù)據(jù)字節(jié)

發(fā)出停止序列

MSP MCU通信外設(shè)

為了實(shí)現(xiàn)串行通信，MSP器件上有可能提供4種不同的外設(shè)。其中只有一個(gè)外設(shè)會(huì)因器件的不同而不同。根據(jù)在MSP MCU上實(shí)現(xiàn)I2C通信的難易程度（從最難到最容易），將這些使用的外設(shè)列出如下：

UART：通用同步/異步接收器/發(fā)射器。這是最早出現(xiàn)的通信形式，并且存在于大多數(shù)MSP430F1xx MCU上。它不支持I2C，因此必須使用一個(gè)基于軟件的位響應(yīng) (bit-bang) 解決方案來與I2C器件實(shí)現(xiàn)通信。

USI：通用串行接口。另外一個(gè)更加簡單的通信形式，用于MSP430G2xx系列內(nèi)的某些組件等成本有效或空間受限器件。器件上沒有I2C狀態(tài)機(jī)，必須在軟件中實(shí)現(xiàn)。通常情況下，通過使用單獨(dú)的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

USCI：通用串行接口。一個(gè)針對(duì)ISR和標(biāo)志用法進(jìn)行優(yōu)化的標(biāo)準(zhǔn)通信外設(shè)。這個(gè)外設(shè)常見于MSP430F5xx/F6xx系列中，其中包括一個(gè)基于硬件的I2C狀態(tài)機(jī)，因此運(yùn)行所需要的代碼更少。

eUSCI：增強(qiáng)型通用串行通信接口。MSP器件上提供的最先進(jìn)通信外設(shè)，它改進(jìn)了現(xiàn)有USCI功能，并且包含于所有MSP430FRxx (FRAM) MCU中。

當(dāng)考慮使用一個(gè)具有I2C應(yīng)用的MSP器件時(shí)，用戶應(yīng)該明白，代碼結(jié)構(gòu)會(huì)隨著特定MSP系列器件上存在的外設(shè)而變化。每個(gè)變量包括必須考慮在內(nèi)的不同寄存器、ISR和函數(shù)。還需要澄清的一點(diǎn)是，并不是所有的器件系列都使用同樣的外設(shè)（USCI和eUSCI存在于MSP430F5xx/6xx中，USI和USCI存在于MSP430G2xx系列中，等等），這一點(diǎn)在用戶參考系列用戶指南時(shí)會(huì)感到很困惑。因此，需要注意的一點(diǎn)是，在開始應(yīng)用開發(fā)時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況來查看正確的材料，并選擇合適的示例代碼。德州儀器 (TI) 提供針對(duì)USI、USCI和eUSCI通信的基本I2C代碼示例；這些代碼示例可以在工具&軟件->軟件->示例 (Tools & software -> Software -> Examples) 下的MSP系列器件產(chǎn)品頁面內(nèi)找到（提供ZIP格式的文件，需要注意的是，這些軟件包只包含與特定器件上存在的外設(shè)相關(guān)的代碼示例）。對(duì)于那些使用USART，或者不包含一個(gè)通信外設(shè)的器件，我們?cè)谏鐓^(qū)技術(shù)支持內(nèi)提供在線I2C位響應(yīng)解決方案。不論是否使用外設(shè)，始終需要上拉電阻器來實(shí)現(xiàn)I2C通信。某些MSP器件具有內(nèi)部上拉電阻器，不過不建議使用這些電阻器，因?yàn)閹讉€(gè)從器件需要特定的、無法在內(nèi)部滿足的電阻值。

用MSP實(shí)現(xiàn)I2C的竅門

當(dāng)試圖用I2C在外設(shè)IC與MSP之間進(jìn)行通信時(shí)，為了幫助避免常見的執(zhí)行錯(cuò)誤，以下的一些建議值得我們仔細(xì)地看一看：

從專門為你的MSP系列器件提供的示例I2C代碼入手（產(chǎn)品頁面-> Tools & software -> Software -> Examples）。查看根據(jù)系列用戶指南對(duì)I2C寄存器的更改（一定要確保你查看的是正確的外設(shè)章節(jié)），這樣的話，你就可以牢牢掌握實(shí)現(xiàn)通信所必須的更改。

使用從器件數(shù)據(jù)表中指定的上拉電阻和地址（有時(shí)會(huì)隨著輸入變量的不同而變化）。需牢記的一點(diǎn)是，從地址的7位被存儲(chǔ)在這個(gè)字節(jié)的上7位，之后是由通信外設(shè)設(shè)定的一個(gè)R/W位，因此，在設(shè)置從地址寄存器時(shí)，這個(gè)值也許需要向左移動(dòng)一位。

從寫入一個(gè)寄存器開始，并且監(jiān)視MSP器件中的ACK。利用故障標(biāo)志和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備來警告通信故障。使用CCS或IAR提供的調(diào)試工具來了解代碼的運(yùn)行方式，哪些寄存器被訪問，何時(shí)訪問函數(shù)/ISR，以及它們的訪問方式。在完成了這些操作后，在添加寄存器讀取功能性方面會(huì)變得更加容易。

USCI/eUSCI狀態(tài)圖表示，在接收到最后一個(gè)字節(jié)前，需要設(shè)定UCTXSTP位。在只接收到一個(gè)字節(jié)的應(yīng)用中，UCTXSTP位與UCTXSTT位一同設(shè)置。如果接收到多個(gè)字節(jié)，那么應(yīng)該在接收到第N-1字節(jié)后設(shè)定UCTXSTP。這樣就確保了在接收到最后一個(gè)字節(jié)后，立即發(fā)送停止序列。

調(diào)試建議

在放棄那些看起來似乎無法正確運(yùn)行的代碼前，以下是調(diào)試這個(gè)系統(tǒng)時(shí)需要考慮的某些關(guān)鍵點(diǎn)：

確認(rèn)上拉電阻值&從地址值，用從器件數(shù)據(jù)表對(duì)它們進(jìn)行驗(yàn)證。

再次檢查通信外設(shè)初始化，其中包括：寄存器設(shè)置、正確的引腳分配、已使能中斷、針對(duì)運(yùn)行的外設(shè)接通/釋放等。

使用任何提供的工具（IDE調(diào)試器、邏輯分析器、示波器等）來確認(rèn)MSP430和從器件嚴(yán)格遵循I2C軟件協(xié)議。

查看針對(duì)已知I2C問題的勘誤表，并且查看勘誤表說明是否與應(yīng)用的故障癥狀相匹配。

研究E2E論壇內(nèi)的問題，看一看有沒有相似的情況已經(jīng)被解決。嘗試不同的I2C相關(guān)關(guān)鍵字組合，并且充分利用搜索過濾器。

E2E支持

如果適當(dāng)?shù)恼{(diào)試和研究方法沒有成功，TI E2E社區(qū)論壇可以成為與器件專家進(jìn)行直接溝通的極佳資源。無論遇到何種問題，一定要掌握與之相關(guān)的詳細(xì)信息，以幫助社區(qū)成員和TI工程師更好地為請(qǐng)求提供技術(shù)支持，其中包括：

MSP430系列器件

使用的LaunchPad或TI目標(biāo)板，或者定制電路板的電路原理圖

從器件

所發(fā)現(xiàn)情況或問題的準(zhǔn)確描述

使用調(diào)試器的同時(shí)，所觀察到的運(yùn)行方式（CCS或IAR）

I2C初始化和函數(shù)/ISR代碼片段（并不是全部代碼）

包含合適標(biāo)簽的邏輯分析器和示波器圖像

審核編輯：何安