2020年03月30日 | MSP430使用指南14 -> I2C通信（eUSCI）

说到MSP430 MCU的I2C资源，那么首先就得先看一下USCI。

如果你了解过多款MSP430 MCU你会发现，内部资源里有USCI和eUSCI，那么他们什么意思呢？

USCI (Universal Serial Communication Interface)，即通用串行通信接口，eUSCI中的e则是enhanced的意思，即增强型，那么有什么区别呢？

一些主要的区别如下表所示，F2xx这一列代表USCI，FR57xx代表eUSCI

更多详细区别，请查看TI官方文档：

http://www.ti.com/lit/an/slaa522a/slaa522a.pdf

其实你会发现 区别不是很大，仅仅是寄存器的名字变了一点，在使用起来很是相似，因此本次使用eUSCI进行讲解。

eUSCI又分两种：A和B，有什么区别呢：

A：支持UART和SPI

B：支持I2C和SPI

也就是说两种都支持SPI，但A仅支持UART和SPI，B仅支持I2C和SPI。想过为什么吗？

（这段内容比较深，也不一定是全部都是正确的：我认为毕竟eUSCI就是数字逻辑电路嘛，TI设计成这种格式去给客户机会去选用SPI或I2C/UART，相对于单独设计I2C，SPI，UART内核来说，第一节省电路，可以降低功耗和成本，第二减少引脚数量。那为什么都支持SPI嘛，因为SPI协议简单嘛，没有I2C那种起始位，停止位，也没有UART那种固定的波特率，SPI自己有自己的时钟，所以内部电路集成方面与UART或I2C有一定的公共成分，而UART和I2C差别较大，结合起来没什么性价比吧，所以出现了A版本和B版本。这些仅是我的猜测。。。em……）

好啦，那么正式进入我们今天的主题  à I2C协议。

首先，第一部分肯定要讲清楚什么是I2C协议，这类资料网上一大堆一大堆，也可以很容易的搜索到资料来参考，我就简单的过一下吧。

I2C(Inter-Integrated Circuit) 是Philips公司发明的一种用于片级连接的总线方式，有什么好处呢：

简单，就两根线SDA和SCL。

总线方式，可以挂接多个设备。

通信速度有低速，普通，高速等模式，目前最快好像可以实现3.4Mbps速度。

其实还有挺多优点的，不然也不可能经历那么多年I2C依旧很主流。首先我想稍微解释一下挂接设备数量问题：

这个可以挂接多个设备主要是由于I2C的开漏特性决定的，即0有效，外部需要上拉电阻，开漏和推挽的资料网上也很多，可以自己查来看看。那么能挂接多少设备呢？这个本质上是由总线上的容性决定的，我们都知道，电容越大，充电时间越长，那么信号上升速度越满，当慢到不能满足I2C要求是，那么则不能挂接了，挂接设备相当于并联电容嘛，电容就变大了，然后就。。。，就。。。。

I2C协议如下：

简单吧，就两根线嘛，首先呢，起始位。如果你是个Master，需要发信号给Slave，那么肯定要给个起始位嘛，告诉Slave你开始发数据了，如上图：SCL=1，SDA由0变1标志着起始位，然后呢，肯定是要写地址了，从设备地址，总线上挂接了很多Slave，你要发送给谁呢？ 那么就写谁的地址，I2C地址是7位的（别抬杠，知道有10位地址模式，不过原理相同的），然后呢，下一位是R/W，你是读Slave里的数据呢，还是写数据到Slave呢？需要吧？ 后面就是数据了，当然，当你写完一个数据后，Slave会给你个回应那个，then你接着写，Slave再回应，就这样最后Master发送一个STOP位（SCL=1，SDA由低变高），好啦，那么一包数据通信即结束了。

PS：讲解一个小知识：你细看I2C协议你会发现：SDA数据线上只能再SCL=0的时候改变，SCL=1时需要保持状态，为什么呢？ 简单嘛，请看START和STOP信号，你就知道了。

好啦，I2C协议讲解完了，那么正式进入正题：MSP430 I2C如何使用：

先上一张I2C模块的内部结构图：

一堆一堆的寄存器，标志位对吧，最终出来两根线SDA和SCL是吧。就是这样的嘛，内部的模块不就是一些逻辑电路加一些Memory嘛，迷糊没事的，后面看看寄存器就知道了：

那么就开始讲解如何使用吧，也就是寄存器内容啦：

看一下有哪些寄存器：

UCBxCTLW0

UCA10：10位地址选择，1时为10位地址模式，0时为7位地址模式。

UCLSA10：Slave10位地址选择，也就是说你作为Master时需要通信的Slave是否是10位地址的模式。

UCMM：多Master选择，因为正常I2C时钟是由Master控制的，因此如果存在多Master时，需要释放SCL的，故设计了这一位用来应对多Master模式。

UCMST：Master或Slave选择，决定MSP430用作I2C中的Master还是Slave。

UCMODEx：模式选择：SPI或者I2C，同时SPI还分为三线和四线模式。

UCSSELx：时钟源选择，建议选SMCLK吧，频率高一点，精度也就高一点。

UCTXACK：回应地址正确，这个是再Slave或者多Master模式下，开启地址掩码功能后，只对比除去掩码的剩下地址，如果一致的话，需要发送个地址确认位（UCSWACK=1时需要手动设置发送，UCSWACK=0时会自动发送），这个就是那个地址确认位。

UCTR：发送还是接受，数据给Slave时是发送，读的时候则是接受或者作为Slave也是接受。

UCTXNACK：发送ACK信号，在Slave模式下使用。

UCTXSTP：生成STOP信号，在Master模式下使用。

UCTXSTT：生成起始信号，在Master模式下使用。

UCSWRST：软件复位使能，默认是1，即不能写一些寄存器设置I2C参数，有些寄存器想进行操作时需要复位这一位。

UCBxCTLW1

UCETXINT：这一位仅在Slave模式下有用，决定着什么时候会置位UCTXIFG0（这一位置位标志着有能力去发送数据了），当这一位是1时，收到Master发送过来的START信号就会置位，当这一位是0时，则等到接收到Master发送的地址与自己的地址匹配时，才会置位UCTXIFG0（注意这种情况下地址1-3都要disable）。

UCCLTO：I2C总线时钟超时，也就是可能总线上卡死了，这一位用来设置这个时间，也可以关闭此项功能。如果设置了时间，在超时之后会触发UCCLTOIFG中断，用户可以在中断里重新初始化I2C。

UCSTPNACK：这一位是指在MCU作为Master接受数据时，在收到Slave的最后一个字节数据后可以发送一个响应给Slave，不过这并不符合I2C协议，因此只用在一些特定场合，正常的I2C协议，请忽略。

UCSWACK：看UCBxCTLW0中的UCTXACK描述，这一位和地址掩码有关系。

UCASTPx：自动生成STOP设置，这一位只用在Master模式下，在设置自动生成STOP信号后，发送完设置长度的数据后，I2C内核直接自动发送停止位，这样会简化用户操作。注意：你可能会遇到一个情况：设置自动STOP后，会设置一个发送数据的长度，而这个数据长度寄存器，也就是UCTBCNTx，这个是8位的，也就是最大值就是255了，因此，如果I2C一次性需要传递的数据包超过了255字节，那么有两种方案解决：不要开启STOP，选择手动设置STOP信号，或者启动DMA模块，这两张方式都可以。手动STOP简单一点，DMA速度快一点。

UCGLITx：错误检测位，这一位可以检测信号线上的毛刺噪声，建议直接默认就好啦。

UCBxBRW

这个寄存器是控制I2C波特率的，目前MSP430的I2C模块支持快速的400Kbps（资料中说的严谨，起始可以更快的）。那么如何计算波特率的呢？看下面框图：

就是对时钟进行分频后，就直接传输给SCL线上了，因此很容易计算，在选择时钟源之后，时钟源的频率除以这一位，就是SCL的时钟频率。

UCBxSTATW

UCBCNTx：只读寄存器，用来获取I2C总线上接受或者发送的数据量。

UCSCLLOW：用来查看SCL状态，可以确定是否有其他设备将此总线时钟拉低了。

UCGC：只读寄存器，标志着是否接收到了通用的Call 地址。

UCBBUSY：只读寄存器，用来查看总线上是否繁忙，一般情况下，为了保证数据发送的严谨性，在数据发送前都要查询这一位来决定是否可以发送数据的。

UCBxTBCNT

UCTBCNTx：在上面自动生成STOP信号时提过，这一位用来设置I2C一包数据发送的数量。

UCBxRXBUF

I2C数据接受缓冲区，在收到I2C接受中断后（当然是在使能中断后啦），接收到的数据会存放在这个缓冲区里，需要读取出来，读取后会自动清除接收中断。

UCBxTXBUF

I2C数据发送缓冲区，也就是如果你想通过I2C协议发送一个数据，那么你只需要把这个数据写入这个寄存器中即可，当数据移入移位寄存器后，开始发送，发送完成后则会触发发中断，代表着当前寄存器的值已经空了，数据已经发送完成，可以写入下一个数据进行发送了。

UCBxI2COA0

I2C的general call是一个什么呢？ 就类似于广播模式嘛，地址就是0，更多详细资料，请查看I2C官网：https://www.i2c-bus.org/addressing/（PS：推荐大家有问题多去官网查看，官方发布的肯定没什么问题，理解起来不会有误区）

UCOAEN：使能自己的I2C地址。

I2COAx：自己的I2C地址0。

UCBxI2COA1

参考UCBxI2COA0

UCOAEN：使能自己的I2C地址。

I2COAx：自己的I2C地址1。

UCBxI2COA2

参考UCBxI2COA0

UCOAEN：使能自己的I2C地址。

I2COAx：自己的I2C地址2。

UCBxI2COA3

参考UCBxI2COA0

UCOAEN：使能自己的I2C地址。

I2COAx：自己的I2C地址3。

总的来说，就是MSP430的I2C模块可以设置4个Slave地址，可以产生不同的I2C中断。

UCBxADDRX

ADDRXx：只读寄存器，接收到数据对方的地址。

UCBxADDMASK

ADDMASKx：地址掩码，可以选择性的接受对象固定地址的设备发送来的数据。

UCBxI2CSA

I2CSAx：Slave设备的地址，注意，这个只用在MCU作为Master模式下，这一位用来设置你要发送的Slave设备他的地址。

UCBxIE

各种各样的中断使能位，这个和IFG中断标志位是匹配的，也就是使能相应的中断后，产生中断的情况下后，会置位相应的中断标志位，然后产生中断。具体每个中断时什么用，请看IFG寄存器的描述。

UCBxIFG

中断标志位寄存器，

看起来好多吧，最常用的就是UCTXIFG0和UCRXIF0了，当然一些NACK，STT，STP也会用到，具体内容看下面这四张图：分别表示在Slave模式下T/R和Master下T/R，什么时候会将这些标志位置位（7bit地址模式，10bit模式的类似，请直接擦看官方的user guide）

这四张图解释的很清楚，在I2C数据包那一块会触发什么中断，这样用户可以很灵活的使用这些中断标志位和中断入口。

UCBxIV

中断向量表，可以和中断标志位匹配。

好啦，寄存器内容讲解完成后，接下来就是如何使用的环节了，直接上程序吧（MS430FR2355）：

其实寄存器很多，但是真正常用的寄存器很少，其他的直接默认就行了，因此不用担心看完了记不住，不重要的，看下下面程序，哪些不懂得地方直接回去找就好啦，User guide就像一个字典，你不需要去背，需要的是在遇到问题是，如何去查找就行。

Master模式+Slave模式：（单个地址，Slave在接收到Master数据后，发送从0开始的递增数据）两个程序可以下载到两个MCU中，实现两个MCU的I2C通信验证。

Maser 程序：

#include

volatile unsigned char RXData;

int main(void)

{

    WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;

    // Configure GPIO

    P1OUT &= ~BIT0;                         // Clear P1.0 output latch

    P1DIR |= BIT0;                          // For LED

    P1SEL0 |= BIT2 | BIT3;                  // I2C pins

    // Disable the GPIO power-on default high-impedance mode to activate

    // previously configured port settings

    PM5CTL0 &= ~LOCKLPM5;

    // Configure USCI_B0 for I2C mode

    UCB0CTLW0 |= UCSWRST;                   // Software reset enabled

    UCB0CTLW0 |= UCMODE_3 | UCMST | UCSYNC; // I2C mode, Master mode, sync

    UCB0CTLW1 |= UCASTP_2;                  // Automatic stop generated

                                            // after UCB0TBCNT is reached

    UCB0BRW = 0x0008;                       // baudrate = SMCLK / 8

    UCB0TBCNT = 0x0005;                     // number of bytes to be received

    UCB0I2CSA = 0x0048;                     // Slave address

    UCB0CTL1 &= ~UCSWRST;

    UCB0IE |= UCRXIE | UCNACKIE | UCBCNTIE;

    while (1)

    {

        __delay_cycles(2000);

        while (UCB0CTL1 & UCTXSTP);         // Ensure stop condition got sent

        UCB0CTL1 |= UCTXSTT;                // I2C start condition

        __bis_SR_register(LPM0_bits|GIE);   // Enter LPM0 w/ interrupt

    }

}

#if defined(__TI_COMPILER_VERSION__) || defined(__IAR_SYSTEMS_ICC__)

#pragma vector = USCI_B0_VECTOR

__interrupt void USCIB0_ISR(void)

#elif defined(__GNUC__)

void __attribute__ ((interrupt(USCI_B0_VECTOR))) USCIB0_ISR (void)

#else

#error Compiler not supported!

#endif

{

  switch(__even_in_range(UCB0IV, USCI_I2C_UCBIT9IFG))

  {

    case USCI_NONE: break;                  // Vector 0: No interrupts

    case USCI_I2C_UCALIFG: break;           // Vector 2: ALIFG

    case USCI_I2C_UCNACKIFG:                // Vector 4: NACKIFG

      UCB0CTL1 |= UCTXSTT;                  // I2C start condition

      break;

    case USCI_I2C_UCSTTIFG: break;          // Vector 6: STTIFG

    case USCI_I2C_UCSTPIFG: break;          // Vector 8: STPIFG

    case USCI_I2C_UCRXIFG3: break;          // Vector 10: RXIFG3

    case USCI_I2C_UCTXIFG3: break;          // Vector 14: TXIFG3

    case USCI_I2C_UCRXIFG2: break;          // Vector 16: RXIFG2

    case USCI_I2C_UCTXIFG2: break;          // Vector 18: TXIFG2

    case USCI_I2C_UCRXIFG1: break;          // Vector 20: RXIFG1

    case USCI_I2C_UCTXIFG1: break;          // Vector 22: TXIFG1

    case USCI_I2C_UCRXIFG0:                 // Vector 24: RXIFG0

      RXData = UCB0RXBUF;                   // Get RX data

      __bic_SR_register_on_exit(LPM0_bits); // Exit LPM0

      break;

    case USCI_I2C_UCTXIFG0: break;          // Vector 26: TXIFG0

    case USCI_I2C_UCBCNTIFG:                // Vector 28: BCNTIFG

      P1OUT ^= BIT0;                        // Toggle LED on P1.0

      break;

    case USCI_I2C_UCCLTOIFG: break;         // Vector 30: clock low timeout

    case USCI_I2C_UCBIT9IFG: break;         // Vector 32: 9th bit

    default: break;

  }

}

Slave程序：

#include

volatile unsigned char TXData;

int main(void)

{

  WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;

  // Configure GPIO

  P1SEL0 |= BIT2 | BIT3;                    // I2C pins

  // Disable the GPIO power-on default high-impedance mode to activate