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[工业控制] 如何用MSP微控制器开始一个与I2C通信有关项目
2018-6-4 10:43:02  836 I2C MCU MSP430
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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。

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:
  • 确认上拉电阻值&从地址值,用从器件数据表对它们进行验证。
  • 再次检查通信外设初始化,其中包括:寄存器设置、正确的引脚分配、已使能中断、针对运行的外设接通/释放等。
  • 使用任何提供的工具(IDE调试器、逻辑分析器、示波器等)来确认MSP430和从器件严格遵循I2C软件协议。
  • 查看针对已知I2C问题的勘误表,并且查看勘误表说明是否与应用的故障症状相匹配。
  • 研究E2E论坛内的问题,看一看有没有相似的情况已经被解决。尝试不同的I2C相关关键字组合,并且充分利用搜索过滤器。

E2E
支持
如果适当的调试和研究方法没有成功,TI E2E社区论坛可以成为与器件专家进行直接沟通的极佳资源。无论遇到何种问题,一定要掌握与之相关的详细信息,以帮助社区成员和TI工程师更好地为请求提供技术支持,其中包括:
  • MSP430系列器件
  • 使用的LaunchPad或TI目标板,或者定制电路板的电路原理图
  • 从器件
  • 所发现情况或问题的准确描述
  • 使用调试器的同时,所观察到的运行方式(CCS或IAR)
  • I2C初始化和函数/ISR代码片段(并不是全部代码)
  • 包含合适标签的逻辑分析器和示波器图像



msp430fr5969-sp.pdf

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