2020年09月11日 | 基于MSP430F5系列的硬件I2C的使用分享

0.前言

对于大多数单片机来说，I2C成了一个老大难问题。从51时代开始，软件模拟I2C成了主流，甚至到ARMCortex M3大行其道的今天，软件模拟I2C依然是使用最广的方法。虽然软件模拟可以解决所有的问题，但是总感觉没有充分发挥MCU内部的硬件资源。查阅了所有关于MSP430F5系列的图书，没有关于硬件I2C的应用代码，自己通过调试摸索，把经验总结之后和大家分享，希望大家喜欢。同时，I2C的使用可以分为等待法和中断法，从理解的角度来说等待法思路清晰易于上手，从功耗的角度出发，中断法可以灵活的进入低功耗模式，但是不易理解。本文先从等待法入手。

MSP430F5系列的硬件I2C使用大致会有以下问题：

【I2C地址设定】一般情况下I2C的7位地址被写成了8位长度，最低位无效。例如AT24C02的I2C地址为0xA0，其实真正的7位地址为0x50。而MSP430正是需要填入这7位地址0x50。

【I2C停止位发送】在I2C读操作过程中，读取最后一个字节之后MCU应向从机发送无应答，MSP430F5系列的MCU发送无应答的操作将自动完成，这就以为在读取最后一个字节内容时，应先操作停止位相关寄存器。

【I2C起始位发送】如果仔细分析MSP430F5参考手册，将会发现读操作和写操作发送I2C起始位时略有不同。写操作时需要先向TXBUF中写入数据，之后才可以等待TXSTT标志位变为0，而读操作和写操作稍有不同。

【AT24C02操作时序图】

1.初始化设置1.1代码实现

voiducb0_config（void）

{

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

P3DIR|=BIT2;

P3OUT|=BIT2;

//输出9个时钟以恢复I2C总线状态

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主机模式

UCB0CTL1|=UCSSEL_2;//选择SMCLK

UCB0BR0=40;

UCB0BR1=0;

UCB0CTL0&=~UCSLA10;//7位地址模式

UCB0I2CSA=EEPROM_ADDRESS;//EEPROM地址

UCB0CTL1&=~UCSWRST;

}

1.2代码分析

I2C从设备的地址一般有以下通俗说法——7位地址，写地址（写控制字）和读地址（读控制字）。1个I2C通信的控制字节（I2C启动之后传送的第一个字节）由7位I2C地址和1位读写标志位组成，7位I2C地址即7位地址，若读写标志位为读标志（读写标志位置位）加上7位I2C地址便组成了读地址（读控制字），若读写标志位为写标志（读写标志位清零）加上7位地址便组成了写地址（写控制字）。例如AT24C02的I2C7位地址为0x50，读地址（读控制字）为0xA1，写地址（写控制字）为0xA1。

在MSP430F5系列中，I2CSA地址寄存器应写入7位地址，参照上面的例子应写入0X50。至于I2C读写位的控制由CTL1寄存器完成，用户无需干预。

在I2C设置开始之前，可以先通过SCL端口发送9个时钟信号，该时钟信号可以是I2C从机芯片从一种错误的通信状态恢复，虽然这9个时钟信号不起眼但是对于调试过程来说非常有用。例如在调试过程中，错误的发送了停止位，若再次启动调试则I2C从设备仍处于一种错误的状态，这9个时钟信号可以把I2C从设备从错误的状态“拉”回来。

2.写单个字节

向I2C从设备写入单个字节应该是最为简单的一个操作，因为所有的控制权都在主机手中。写单个字节实际包括了2个重要部分，一个便是写寄存器地址，另一个便是写寄存器内容。对于AT24C02而言，存储内容的字节长度为一个字节，而对于容量更大的EEPROM而言，存储地址可为两个字节。

2.1 代码实现

uint8_teeprom_writebyte（uint8_tword_addr，uint8_tword_value）

{

while（UCB0CTL1&UCTXSTP）;

UCB0CTL1|=UCTR;//写模式

UCB0CTL1|=UCTXSTT;//发送启动位

UCB0TXBUF=word_addr;//发送字节地址

//等待UCTXIFG=1与UCTXSTT=0同时变化等待一个标志位即可

while（！（UCB0IFG&UCTXIFG））

{

if（UCB0IFG&UCNACKIFG）//若无应答UCNACKIFG=1

{

return1;

}

}

UCB0TXBUF=word_value;//发送字节内容

while（！（UCB0IFG&UCTXIFG））;//等待UCTXIFG=1

UCB0CTL1|=UCTXSTP;

while（UCB0CTL1&UCTXSTP）;//等待发送完成

return0;

}

2.2 代码分析

关于代码出口的说明，关于I2C的读写函数，若返回值为0说明所有的操作正常，若返回值为非0说明操作有误，例如1代表从机无应答。这种组合方式可能与各位的编程习惯有出入，一般认为返回1表示操作成功，而返回0表示操作失败。这种方式的问题便是无法有效的表达错误原因，因为“0”只有一个，而非“0”却有很多。

写单个字节可以划分为——从机写地址发送、寄存器地址发送、寄存器内容发送。寄存器地址的发送由MSP430自动完成，这和软件模拟的操作有所区别。请勿发送I2C从机地址，若操作AT24C02发送需要写入的存储字节的首地址即可。

在单字节和多字节写操作过程中，尤其要注意UCTXSTT标志位的变化位置。UCTXSTT标志位会在从机接收完写控制字节或读控制字节之后变化，但是在写控制字节发送之后，必须先填充TXBUF，再尝试等待STT标志位复位，此时STT标志位和TXIFG标志位会同时变化。若从机没有应答，那么NACK标志位也会发生变化。再次强调需要先填充TXBUF，在等待STT标志位复位。以下代码将导致程序一直停留在while（UCB0IFG & UCTXSTT）处，具体的原因可查看MSP430参考手册。

while（UCB0CTL1&UCTXSTP）;

UCB0CTL1|=UCTR;//写模式

UCB0CTL1|=UCTXSTT;//发送启动位

//等待UCTXSTT=0同时变化，但是很遗憾该变化不会发送

while（UCB0IFG&UCTXSTT）;

UCB0TXBUF=word_addr;//发送字节地址

3.写多个字节3.1代码实现

uint8_teeprom_writepage（uint8_tword_addr，uint8_t*pword_buf，uint8_tlen）

{

while（UCB0CTL1&UCTXSTP）;

UCB0CTL1|=UCTR;//写模式

UCB0CTL1|=UCTXSTT;//发送启动位

UCB0TXBUF=word_addr;//发送字节地址

//等待UCTXIFG=1与UCTXSTT=0同时变化等待一个标志位即可

while（！（UCB0IFG&UCTXIFG））

{

if（UCB0IFG&UCNACKIFG）//若无应答UCNACKIFG=1