MSP MCU I2C入门指南

2016-5-25

这是一份介绍性指南，指导你如何用超低功耗MSP微控制器 (MCU) 开始一个与I2C通信有关的项目：

简介

I²C（或称为I2C，集成电路总线）是一种两线制通信形式，主要用来在短距离、电路板间的应用中，实现微控制器与外设IC之间的低速通信。由于其采用范围很广，所以学习使用I2C与MSP MCU之间的通信已经在帮助工程师开发应用方面变得十分必要。通过使用一个超低功耗MSP MCU来访问和控制IC器件，这份指南提供了理解I2C协议并执行这一协议所需的工具与资源。

器件术语

驱动SCL时钟线路的器件被称为主器件，而对其进行响应的器件被称为从器件。在大多数应用中，MSP MCU为主器件，而外设IC为从器件，虽然有时候MSP器件是其它MCU或处理器的从器件。

物理总线

I2C总线由两条线路组成，SCL和SDA。SCL是用来将所有数据传输同步的时钟线路，而SDA是实际的数据线路。还需要第三条线路，即普通接地，不过通常不被提及。由于两条线路都是“开漏”驱动器，它们都需要到电源线路的上拉电阻，这样的话，输出在无运行期间保持在高电平。对于MSP MCU应用来说，电源电压应该与MSP MCU的Vcc相匹配。传统上，上拉电阻器的值为4.7kΩ，不过这个值的范围可以在少于1kΩ到10kΩ之间，取决于所使用的从器件。要获得正确的上拉电阻值，请参考器件数据表。多个从器件可以共用一条I2C总线，单个上拉电阻器

I2C软件协议

不论何种应用，每个支持I2C器件都需要遵守针对全部I2C器件所定义的共同软件协议，其一般结构始终保持不变。通信从启动序列开始，并在一个停止序列中结束，两个序列之间有一个8位数据传输序列。启动位之后是从地址，通常为7位（虽然很少情况下也使用10位寻址）。这7个数据位被放置在一个字节的上7位，而LSB（最低有效位）被用来存储读/写 (R/W) 位。这个位让从器件知道是对其进行写入操作（位值为0），还是读取操作（位值为1）。对一个写入操作，操作序列如下：

发送启动序列
发送从地址，其中R/W位为低电平
发送寄存器数
发送数据字节
发送停止序列

读取操作序列与写入操作十分相似，除了它不发送数据字节，而是重新发送启动序列（被称为一个重复启动）和从地址（不过此时，对于读取操作来说，R/W位为高电平），这样的话，它可以接收数据，而不是发送数据。这个操作在主器件发出典型停止序列后结束。下面是读取操作序列：

发送启动序列
发送从地址，其中R/W位为低电平
发送寄存器数
再次发出启动序列（重复启动）
发出从地址，其中R/W位为高电平
读取数据字节
发出停止序列

MSP MCU通信外设

为了实现串行通信，MSP器件上有可能提供4种不同的外设。其中只有一个外设会因器件的不同而不同。根据在MSP MCU上实现I2C通信的难易程度（从最难到最容易），将这些使用的外设列出如下：

UART：通用同步/异步接收器/发射器。这是最早出现的通信形式，并且存在于大多数MSP430F1xx MCU上。它不支持I2C，因此必须使用一个基于软件的位响应 (bit-bang) 解决方案来与I2C器件实现通信。
USI：通用串行接口。另外一个更加简单的通信形式，用于MSP430G2xx系列内的某些组件等成本有效或空间受限器件。器件上没有I2C状态机，必须在软件中实现。通常情况下，通过使用单独的函数来实现。
USCI：通用串行接口。一个针对ISR和标志用法进行优化的标准通信外设。这个外设常见于MSP430F5xx/F6xx系列中，其中包括一个基于硬件的I2C状态机，因此运行所需要的代码更少。
eUSCI：增强型通用串行通信接口。MSP器件上提供的最先进通信外设，它改进了现有USCI功能，并且包含于所有MSP430FRxx (FRAM) MCU中。

当考虑使用一个具有I2C应用的MSP器件时，用户应该明白，代码结构会随着特定MSP系列器件上存在的外设而变化。每个变量包括必须考虑在内的不同寄存器、ISR和函数。还需要澄清的一点是，并不是所有的器件系列都使用同样的外设（USCI和eUSCI存在于MSP430F5xx/6xx中，USI和USCI存在于MSP430G2xx系列中，等等），这一点在用户参考系列用户指南时会感到很困惑。因此，需要注意的一点是，在开始应用开发时，要根据实际情况来查看正确的材料，并选择合适的示例代码。德州仪器 (TI) 提供针对USI、USCI和eUSCI通信的基本I2C代码示例；这些代码示例可以在工具&软件->软件->示例 (Tools & software -> Software -> Examples) 下的MSP系列器件产品页面内找到（提供ZIP格式的文件，需要注意的是，这些软件包只包含与特定器件上存在的外设相关的代码示例）。对于那些使用USART，或者不包含一个通信外设的器件，我们在社区技术支持内提供在线I2C位响应解决方案。不论是否使用外设，始终需要上拉电阻器来实现I2C通信。某些MSP器件具有内部上拉电阻器，不过不建议使用这些电阻器，因为几个从器件需要特定的、无法在内部满足的电阻值。

用MSP实现I2C的窍门

当试图用I2C在外设IC与MSP之间进行通信时，为了帮助避免常见的执行错误，以下的一些建议值得我们仔细地看一看：

从专门为你的MSP系列器件提供的示例I2C代码入手（产品页面-> Tools & software -> Software -> Examples）。查看根据系列用户指南对I2C寄存器的更改（一定要确保你查看的是正确的外设章节），这样的话，你就可以牢牢掌握实现通信所必须的更改。
使用从器件数据表中指定的上拉电阻和地址（有时会随着输入变量的不同而变化）。需牢记的一点是，从地址的7位被存储在这个字节的上7位，之后是由通信外设设定的一个R/W位，因此，在设置从地址寄存器时，这个值也许需要向左移动一位。
从写入一个寄存器开始，并且监视MSP器件中的ACK。利用故障标志和实验室设备来警告通信故障。使用CCS或IAR提供的调试工具来了解代码的运行方式，哪些寄存器被访问，何时访问函数/ISR，以及它们的访问方式。在完成了这些操作后，在添加寄存器读取功能性方面会变得更加容易。
USCI/eUSCI状态图表示，在接收到最后一个字节前，需要设定UCTXSTP位。在只接收到一个字节的应用中，UCTXSTP位与UCTXSTT位一同设置。如果接收到多个字节，那么应该在接收到第N-1字节后设定UCTXSTP。这样就确保了在接收到最后一个字节后，立即发送停止序列。

调试建议

在放弃那些看起来似乎无法正确运行的代码前，以下是调试这个系统时需要考虑的某些关键点：