基于MSP430F5系列的硬件I2C的使用分享

0.前言

對于大多數(shù)單片機(jī)來說，I2C成了一個(gè)老大難問題。從51時(shí)代開始，軟件模擬I2C成了主流，甚至到ARMCortex M3大行其道的今天，軟件模擬I2C依然是使用最廣的方法。雖然軟件模擬可以解決所有的問題，但是總感覺沒有充分發(fā)揮MCU內(nèi)部的硬件資源。查閱了所有關(guān)于MSP430F5系列的圖書，沒有關(guān)于硬件I2C的應(yīng)用代碼，自己通過調(diào)試摸索，把經(jīng)驗(yàn)總結(jié)之后和大家分享，希望大家喜歡。同時(shí)，I2C的使用可以分為等待法和中斷法，從理解的角度來說等待法思路清晰易于上手，從功耗的角度出發(fā)，中斷法可以靈活的進(jìn)入低功耗模式，但是不易理解。本文先從等待法入手。

MSP430F5系列的硬件I2C使用大致會(huì)有以下問題：

【I2C地址設(shè)定】一般情況下I2C的7位地址被寫成了8位長度，最低位無效。例如AT24C02的I2C地址為0xA0，其實(shí)真正的7位地址為0x50。而MSP430正是需要填入這7位地址0x50。

【I2C停止位發(fā)送】在I2C讀操作過程中，讀取最后一個(gè)字節(jié)之后MCU應(yīng)向從機(jī)發(fā)送無應(yīng)答，MSP430F5系列的MCU發(fā)送無應(yīng)答的操作將自動(dòng)完成，這就以為在讀取最后一個(gè)字節(jié)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)先操作停止位相關(guān)寄存器。

【I2C起始位發(fā)送】如果仔細(xì)分析MSP430F5參考手冊，將會(huì)發(fā)現(xiàn)讀操作和寫操作發(fā)送I2C起始位時(shí)略有不同。寫操作時(shí)需要先向TXBUF中寫入數(shù)據(jù)，之后才可以等待TXSTT標(biāo)志位變?yōu)?，而讀操作和寫操作稍有不同。

【AT24C02操作時(shí)序圖】

1.初始化設(shè)置1.1代碼實(shí)現(xiàn)

voiducb0_config（void）

{

P3SEL&=~BIT2;//P3.2@UCB0SCL

P3DIR|=BIT2;

P3OUT|=BIT2;

//輸出9個(gè)時(shí)鐘以恢復(fù)I2C總線狀態(tài)

for（uint8_ti=0;i《9;i++）

{

P3OUT|=BIT2;

__delay_cycles（8000）;

P3OUT&=~BIT2;

__delay_cycles（8000）;

}

P3SEL|=（BIT1+BIT2）;//P3.1@UCB0SDAP3.2@UCB0SCL

//P3.1@ISP.1P3.2@ISP.5

UCB0CTL1|=UCSWRST;

UCB0CTL0=UCMST+UCMODE_3+UCSYNC;//I2C主機(jī)模式

UCB0CTL1|=UCSSEL_2;//選擇SMCLK

UCB0BR0=40;

UCB0BR1=0;

UCB0CTL0&=~UCSLA10;//7位地址模式

UCB0I2CSA=EEPROM_ADDRESS;//EEPROM地址

UCB0CTL1&=~UCSWRST;

}

1.2代碼分析

I2C從設(shè)備的地址一般有以下通俗說法——7位地址，寫地址（寫控制字）和讀地址（讀控制字）。1個(gè)I2C通信的控制字節(jié)（I2C啟動(dòng)之后傳送的第一個(gè)字節(jié)）由7位I2C地址和1位讀寫標(biāo)志位組成，7位I2C地址即7位地址，若讀寫標(biāo)志位為讀標(biāo)志（讀寫標(biāo)志位置位）加上7位I2C地址便組成了讀地址（讀控制字），若讀寫標(biāo)志位為寫標(biāo)志（讀寫標(biāo)志位清零）加上7位地址便組成了寫地址（寫控制字）。例如AT24C02的I2C7位地址為0x50，讀地址（讀控制字）為0xA1，寫地址（寫控制字）為0xA1。

在MSP430F5系列中，I2CSA地址寄存器應(yīng)寫入7位地址，參照上面的例子應(yīng)寫入0X50。至于I2C讀寫位的控制由CTL1寄存器完成，用戶無需干預(yù)。

在I2C設(shè)置開始之前，可以先通過SCL端口發(fā)送9個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)可以是I2C從機(jī)芯片從一種錯(cuò)誤的通信狀態(tài)恢復(fù)，雖然這9個(gè)時(shí)鐘信號(hào)不起眼但是對于調(diào)試過程來說非常有用。例如在調(diào)試過程中，錯(cuò)誤的發(fā)送了停止位，若再次啟動(dòng)調(diào)試則I2C從設(shè)備仍處于一種錯(cuò)誤的狀態(tài)，這9個(gè)時(shí)鐘信號(hào)可以把I2C從設(shè)備從錯(cuò)誤的狀態(tài)“拉”回來。

2.寫單個(gè)字節(jié)

向I2C從設(shè)備寫入單個(gè)字節(jié)應(yīng)該是最為簡單的一個(gè)操作，因?yàn)樗械目刂茩?quán)都在主機(jī)手中。寫單個(gè)字節(jié)實(shí)際包括了2個(gè)重要部分，一個(gè)便是寫寄存器地址，另一個(gè)便是寫寄存器內(nèi)容。對于AT24C02而言，存儲(chǔ)內(nèi)容的字節(jié)長度為一個(gè)字節(jié)，而對于容量更大的EEPROM而言，存儲(chǔ)地址可為兩個(gè)字節(jié)。

2.1 代碼實(shí)現(xiàn)

uint8_teeprom_writebyte（uint8_tword_addr，uint8_tword_value）

{

while（UCB0CTL1&UCTXSTP）;

UCB0CTL1|=UCTR;//寫模式

UCB0CTL1|=UCTXSTT;//發(fā)送啟動(dòng)位

UCB0TXBUF=word_addr;//發(fā)送字節(jié)地址

//等待UCTXIFG=1與UCTXSTT=0同時(shí)變化等待一個(gè)標(biāo)志位即可

while（?。║CB0IFG&UCTXIFG））

{

if（UCB0IFG&UCNACKIFG）//若無應(yīng)答UCNACKIFG=1

{

return1;

}

}

UCB0TXBUF=word_value;//發(fā)送字節(jié)內(nèi)容

while（?。║CB0IFG&UCTXIFG））;//等待UCTXIFG=1

UCB0CTL1|=UCTXSTP;

while（UCB0CTL1&UCTXSTP）;//等待發(fā)送完成

return0;

}

2.2 代碼分析

關(guān)于代碼出口的說明，關(guān)于I2C的讀寫函數(shù)，若返回值為0說明所有的操作正常，若返回值為非0說明操作有誤，例如1代表從機(jī)無應(yīng)答。這種組合方式可能與各位的編程習(xí)慣有出入，一般認(rèn)為返回1表示操作成功，而返回0表示操作失敗。這種方式的問題便是無法有效的表達(dá)錯(cuò)誤原因，因?yàn)椤?”只有一個(gè)，而非“0”卻有很多。

寫單個(gè)字節(jié)可以劃分為——從機(jī)寫地址發(fā)送、寄存器地址發(fā)送、寄存器內(nèi)容發(fā)送。寄存器地址的發(fā)送由MSP430自動(dòng)完成，這和軟件模擬的操作有所區(qū)別。請勿發(fā)送I2C從機(jī)地址，若操作AT24C02發(fā)送需要寫入的存儲(chǔ)字節(jié)的首地址即可。

在單字節(jié)和多字節(jié)寫操作過程中，尤其要注意UCTXSTT標(biāo)志位的變化位置。UCTXSTT標(biāo)志位會(huì)在從機(jī)接收完寫控制字節(jié)或讀控制字節(jié)之后變化，但是在寫控制字節(jié)發(fā)送之后，必須先填充TXBUF，再嘗試等待STT標(biāo)志位復(fù)位，此時(shí)STT標(biāo)志位和TXIFG標(biāo)志位會(huì)同時(shí)變化。若從機(jī)沒有應(yīng)答，那么NACK標(biāo)志位也會(huì)發(fā)生變化。再次強(qiáng)調(diào)需要先填充TXBUF，在等待STT標(biāo)志位復(fù)位。以下代碼將導(dǎo)致程序一直停留在while（UCB0IFG & UCTXSTT）處，具體的原因可查看MSP430參考手冊。

［cpp］view plaincopy

while（UCB0CTL1&UCTXSTP）;

UCB0CTL1|=UCTR;//寫模式

UCB0CTL1|=UCTXSTT;//發(fā)送啟動(dòng)位

//等待UCTXSTT=0同時(shí)變化，但是很遺憾該變化不會(huì)發(fā)送

while（UCB0IFG&UCTXSTT）;

UCB0TXBUF=word_addr;//發(fā)送字節(jié)地址

3.寫多個(gè)字節(jié)3.1代碼實(shí)現(xiàn)

uint8_teeprom_writepage（uint8_tword_addr，uint8_t*pword_buf，uint8_tlen）

{

while（UCB0CTL1&UCTXSTP）;

UCB0CTL1|=UCTR;//寫模式

UCB0CTL1|=UCTXSTT;//發(fā)送啟動(dòng)位

UCB0TXBUF=word_addr;//發(fā)送字節(jié)地址

//等待UCTXIFG=1與UCTXSTT=0同時(shí)變化等待一個(gè)標(biāo)志位即可

while（?。║CB0IFG&UCTXIFG））

{

if（UCB0IFG&UCNACKIFG）//若無應(yīng)答UCNACKIFG=1