新闻中心

EEPW首页>嵌入式系统>设计应用> 关于MSP硬件I2C讲解

关于MSP硬件I2C讲解

作者： 时间：2016-11-21 来源：网络 收藏

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。

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/201611/319192.htm

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

  1. voiducb0_config(void)
  2. {
  3. P3SEL&=~BIT2;//P3.2@UCB0SCL
  4. P3DIR|=BIT2;
  5. P3OUT|=BIT2;
  6. //输出9个时钟以恢复I2C总线状态
  7. for(uint8_ti=0;i<9;i++)
  8. {
  9. P3OUT|=BIT2;
  10. __delay_cycles(8000);
  11. P3OUT&=~BIT2;
  12. __delay_cycles(8000);
  13. }
  15. P3SEL|=(BIT1+BIT2);//P3.1@UCB0SDAP3.2@UCB0SCL
  16. //P3.1@ISP.1P3.2@ISP.5
  18. UCB0CTL1|=UCSWRST;
  19. UCB0CTL0=UCMST+UCMODE_3+UCSYNC;//I2C主机模式
  20. UCB0CTL1|=UCSSEL_2;//选择SMCLK
  21. UCB0BR0=40;
  22. UCB0BR1=0;
  23. UCB0CTL0&=~UCSLA10;//7位地址模式
  24. UCB0I2CSA=EEPROM_ADDRESS;//EEPROM地址
  25. UCB0CTL1&=~UCSWRST;
  26. }

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

  1. uint8_teeprom_writebyte(uint8_tword_addr,uint8_tword_value)
  2. {
  3. while(UCB0CTL1&UCTXSTP);
  4. UCB0CTL1|=UCTR;//写模式
  5. UCB0CTL1|=UCTXSTT;//发送启动位
  7. UCB0TXBUF=word_addr;//发送字节地址
  8. //等待UCTXIFG=1与UCTXSTT=0同时变化等待一个标志位即可
  9. while(!(UCB0IFG&UCTXIFG))
  10. {
  11. if(UCB0IFG&UCNACKIFG)//若无应答UCNACKIFG=1
  12. {
  13. return1;
  14. }
  15. }
  17. UCB0TXBUF=word_value;//发送字节内容
  18. while(!(UCB0IFG&UCTXIFG));//等待UCTXIFG=1
  20. UCB0CTL1|=UCTXSTP;
  21. while(UCB0CTL1&UCTXSTP);//等待发送完成
  23. return0;
  24. }

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。

  1. while(UCB0CTL1&UCTXSTP);
  2. UCB0CTL1|=UCTR;//写模式
  3. UCB0CTL1|=UCTXSTT;//发送启动位
  4. //等待UCTXSTT=0同时变化,但是很遗憾该变化不会发送
  5. while(UCB0IFG&UCTXSTT);
  6. UCB0TXBUF=word_addr;//发送字节地址

3.写多个字节

3.1代码实现

  1. uint8_teeprom_writepage(uint8_tword_addr,uint8_t*pword_buf,uint8_tlen)
  2. {
  3. while(UCB0CTL1&UCTXSTP);
  4. UCB0CTL1|=UCTR;//写模式
  5. UCB0CTL1|=UCTXSTT;//发送启动位
  7. UCB0TXBUF=word_addr;//发送字节地址
  8. //等待UCTXIFG=1与UCTXSTT=0同时变化等待一个标志位即可
  9. while(!(UCB0IFG&UCTXIFG))
  10. {
  11. if(UCB0IFG&UCNACKIFG)//若无应答UCNACKIFG=1
  12. {
  13. return1;
  14. }
  15. }
  17. for(uint8_ti=0;i
  18. {
  19. UCB0TXBUF=*pword_buf++;//发送寄存器内容
  20. while(!(UCB0IFG&UCTXIFG));//等待UCTXIFG=1
  21. }
  23. UCB0CTL1|=UCTXSTP;
  24. while(UCB0CTL1&UCTXSTP);//等待发送完成
  26. return0;
  27. }

3.2 代码分析

多字节写函数和单字节写函数相似，不做过多的解释。

4.读单个字节

单字节读函数是4中读写函数中最为复杂的，复杂的原因在于读最后一个字节之前就需要操作UCTXSTP标志位。

4.1 代码实现

  1. uint8_teeprom_readbyte(uint8_tword_addr,uint8_t*pword_value)
  2. {
  3. UCB0CTL1|=UCTR;//写模式
  4. UCB0CTL1|=UCTXSTT;//发送启动位和写控制字节
  6. UCB0TXBUF=word_addr;//发送字节地址，必须要先填充TXBUF
  7. //等待UCTXIFG=1与UCTXSTT=0同时变化等待一个标志位即可
  8. while(!(UCB0IFG&UCTXIFG))
  9. {
  10. if(UCB0IFG&UCNACKIFG)//若无应答UCNACKIFG=1
  11. {
  12. return1;
  13. }
  14. }
  16. UCB0CTL1&=~UCTR;//读模式
  17. UCB0CTL1|=UCTXSTT;//发送启动位和读控制字节
  19. while(UCB0CTL1&UCTXSTT);//等待UCTXSTT=0
  20. //若无应答UCNACKIFG=1
  21. UCB0CTL1|=UCTXSTP;//先发送停止位
  23. while(!(UCB0IFG&UCRXIFG));//读取字节内容
  24. *pword_value=UCB0RXBUF;//读取BUF寄存器在发送停止位之后
  26. while(UCB0CTL1&UCTXSTP);
  28. return0;
  29. }

4.2代码分析

这段代码给人一个错觉，MSP430先发送了停止位，然后再读取了一个字节内容。其实实际情况并不是这样的。I2C读操作时，主机读取最后一个字节内容之后，应向从机发送无应答NACK（无应答区别于应答），之后主机发送停止位。MSP430为了完成这一组合动作，要求用户提前操作UCTXSTP标志位，在读取RXBUF之后做出发送NACK和I2C停止位的“组合动作”。

  1. while(!(UCB0IFG&UCRXIFG));
  2. *pword_value=UCB0RXBUF;//读取BUF寄存器在发送停止位之后
  3. UCB0CTL1|=UCTXSTP;//发送停止位

以上代码可能导致后续的I2C操作无法进行。

5.读多个字节

5.1代码实现

  1. uint8_teeprom_readpage(uint8_tword_addr,uint8_t*pword_buf,uint8_tlen)
  2. {
  3. while(UCB0CTL1&UCTXSTP);
  4. UCB0CTL1|=UCTR;//写模式
  5. UCB0CTL1|=UCTXSTT;//发送启动位和写控制字节
  7. UCB0TXBUF=word_addr;//发送字节地址
  8. //等待UCTXIFG=1与UCTXSTT=0同时变化等待一个标志位即可
  9. while(!(UCB0IFG&UCTXIFG))
  10. {
  11. if(UCB0IFG&UCNACKIFG)//若无应答UCNACKIFG=1
  12. {
  13. return1;
  14. }
  15. }
  17. UCB0CTL1&=~UCTR;//读模式
  18. UCB0CTL1|=UCTXSTT;//发送启动位和读控制字节
  20. while(UCB0CTL1&UCTXSTT);//等待UCTXSTT=0
  21. //若无应答UCNACKIFG=1
  23. for(uint8_ti=0;i
  24. {
  25. while(!(UCB0IFG&UCRXIFG));//读取字节内容，不包括最后一个字节内容
  26. *pword_buf++=UCB0RXBUF;
  27. }
  29. UCB0CTL1|=UCTXSTP;//在接收最后一个字节之前发送停止位
  31. while(!(UCB0IFG&UCRXIFG));//读取最后一个字节内容
  32. *pword_buf=UCB0RXBUF;
  34. while(UCB0CTL1&UCTXSTP);
  36. return0;
  37. }

5.2代码分析

读单个字节和写单个字节相似。唯一需要注意的是，写操作需要先填充TXBUF，而读操作不存在这个问题。试想一下，I2C写操作时必定会向I2C从机写入一个字节内容，所以先填充TXBUF也是合情合理的事情，填充TXBUF之后MSP430会进行一连串的动作——发送I2C起始位、I2C读控制器和写入从机的第一个字节。

6 单元测试

单元测试分为两个部分。单字节写函数和单字节读函数分为一组，先使用单字节邪恶函数向某地址写入某内容，在使用单字节读函数读出某内容，如果写入的参数和读出的内容相同，则测试通过。多字节写函数和多字节度函数分为一组，测试过程相似，不同的是写入的内容从一个变为了连续8个。请注意AT24C02的页大小为8，若从页首地址开始，最大的写字节个数为8。

另外，EEPROM写操作之后需要有10ms的延时，否则将无法进行写操作和读操作。具体请查看AT24C02数据手册。

6.1 测试代码

  1. voideeprom_config()
  2. {
  3. #ifDEBUF_EEPROM_I2C
  5. uint8_ttest_byte1=0x0B;
  6. uint8_ttest_byte2=0x01;
  8. /*
  9. step1向地址0x00写入某个值，例如0x0B
  10. 然后读出地址0x00结果，判断该值是否为0x0B
  11. */
  12. eeprom_writebyte(0x00,test_byte1);
  13. delay_ms(10);
  14. eeprom_readbyte(0x00,&test_byte2);
  15. assert_param(test_byte1==test_byte2);
  17. if(test_byte1==test_byte2)
  18. {
  19. printf("ByteReadandByteWriteTestPassrn");
  20. }
  22. /*
  23. step2以地址0x08作为起始地址，连续写入8个字节数据
  24. 再连续从该起始地址读取8字节内容，比较写入和读出字节内容
  25. 成功的条件为写入和读取字节内容相同
  26. */
  27. uint8_ttest_buf1[8]={1,2,3,4,5,6,7,8};
  28. uint8_ttest_buf2[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};
  30. eeprom_writepage(0x08,test_buf1,8);
  31. delay_ms(10);
  32. eeprom_readpage(0x08,test_buf2,8);
  33. assert_param(memcmp(test_buf1,test_buf2,8)==0);
  35. if(!memcmp(test_buf1,test_buf2,8))
  36. {
  37. printf("PageReadandPageWriteTestPass!rn");
  38. }
  40. #endif
  41. }

6.2 测试结果

关键词：MSP硬件I2

评论


相关推荐

技术专区

关闭