MSP430F5438 I2C学习笔记 硬件I2C等待法+AT24C02
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：
n 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。n 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。n 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。1. 初始化设置
1.1代码实现void ucb0_config(void){P3SEL &= ~BIT2; // P3.2@UCB0SCLP3DIR |= BIT2;P3OUT |= BIT2;// 输出9个时钟 以恢复I2C总线状态for( uint8_t i = 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.1 P3.2@ISP.5UCB0CTL1 |= UCSWRST;UCB0CTL0 = UCMST + UCMODE_3 + UCSYNC ;// I2C主机模式UCB0CTL1 |= UCSSEL_2; // 选择SMCLKUCB0BR0 = 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_t word_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 { return 1; }} 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return 0;}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_t word_addr , uint8_t *pword_buf , uint8_t len){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 { return 1; }} for( uint8_t i = 0 ; i < len ; i++ ){ UCB0TXBUF = *pword_buf++; // 发送寄存器内容 while(!(UCB0IFG & UCTXIFG)); // 等待UCTXIFG=1 }UCB0CTL1 |= UCTXSTP;while(UCB0CTL1 & UCTXSTP); // 等待发送完成return 0;}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uint8_teeprom_readbyte( uint8_t word_addr , uint8_t *pword_value ){UCB0CTL1 |= UCTR; // 写模式UCB0CTL1 |= UCTXSTT; // 发送启动位和写控制字节 UCB0TXBUF = word_addr; // 发送字节地址，必须要先填充TXBUF// 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 { return 1; }} UCB0CTL1 &= ~UCTR; // 读模式UCB0CTL1 |= UCTXSTT; // 发送启动位和读控制字节 while(UCB0CTL1 & UCTXSTT); // 等待UCTXSTT=0// 若无应答 UCNACKIFG = 1UCB0CTL1 |= UCTXSTP; // 先发送停止位 while(!(UCB0IFG & UCRXIFG)); // 读取字节内容*pword_value = UCB0RXBUF; // 读取BUF寄存器在发送停止位之后 while( UCB0CTL1 & UCTXSTP );return 0; }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”。
while(!(UCB0IFG & UCRXIFG)); *pword_value = UCB0RXBUF; // 读取BUF寄存器在发送停止位之后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uint8_t eeprom_readpage(uint8_t word_addr , uint8_t *pword_buf , uint8_t len ){while( UCB0CTL1 & UCTXSTP );UCB0CTL1 |= UCTR; // 写模式UCB0CTL1 |= UCTXSTT; // 发送启动位和写控制字节 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 { return 1; }} UCB0CTL1 &= ~UCTR; // 读模式UCB0CTL1 |= UCTXSTT; // 发送启动位和读控制字节 while(UCB0CTL1 & UCTXSTT); // 等待UCTXSTT=0// 若无应答 UCNACKIFG = 1 for( uint8_t i = 0; i < len - 1 ; i++ ){ while(!(UCB0IFG & UCRXIFG)); // 读取字节内容，不包括最后一个字节内容 *pword_buf++ = UCB0RXBUF;} UCB0CTL1 |= UCTXSTP; // 在接收最后一个字节之前发送停止位 while(!(UCB0IFG & UCRXIFG)); // 读取最后一个字节内容*pword_buf = UCB0RXBUF; while( UCB0CTL1 & UCTXSTP );return 0; }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void eeprom_config(){#ifDEBUF_EEPROM_I2Cuint8_t test_byte1 = 0x0B;uint8_t test_byte2 = 0x01;/* step1 向地址0x00写入某个值，例如0x0B 然后读出地址0x00结果，判断该值是否为0x0B*/eeprom_writebyte( 0x00 , test_byte1 );delay_ms(10);eeprom_readbyte( 0x00 , &test_byte2 );assert_param( test_byte1 == test_byte2 );if( test_byte1 == test_byte2 ){ printf( "Byte Read andByte Write Test Pass\r\n" ); } /* step2 以地址0x08作为起始地址，连续写入8个字节数据 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 成功的条件为写入和读取字节内容相同*/uint8_t test_buf1[8] = {1,2,3,4,5,6,7,8};uint8_t test_buf2[8] = {0,0,0,0,0,0,0,0};eeprom_writepage( 0x08 , test_buf1 , 8);delay_ms(10);eeprom_readpage( 0x08 , test_buf2 , 8);assert_param( memcmp( test_buf1 , test_buf2 , 8) == 0 );if( !memcmp( test_buf1 , test_buf2 , 8)){ printf("Page Read andPage Write Test Pass!\r\n"); } #endif}6.2 测试结果
7 工程代码链接工程代码请转至百度网盘，链接如下：
http://pan.baidu.com/share/link?shareid=341219718&uk=3707837393
这字体，这颜色，楼主绝对辛苦了！
佩服像这样的工程师，有认真的态度。 顶起来，谢谢楼主的分享... renpeng009 发表于 2013-8-25 00:13 static/image/common/back.gif
这字体，这颜色，楼主绝对辛苦了！
佩服像这样的工程师，有认真的态度。 ...
您的STM8最小系统貌似很吸引人吗！ 前段时间搞IIC，经常会出错，9个时钟信号真心很有用，感谢大神点睛~ 活力的小冰 发表于 2013-8-25 10:43 static/image/common/back.gif
前段时间搞IIC，经常会出错，9个时钟信号真心很有用，感谢大神点睛~
所有的芯片都可以这样用，包括STM32 AVR。 谢谢楼主，就是关于地址还是不明白 谢谢楼主分享，收下了 深海烟花 发表于 2013-8-26 00:10 static/image/common/back.gif
谢谢楼主，就是关于地址还是不明白
如果软件模拟I2C AT24C02的地址为0xA0的话，那么使用MSP430硬件I2C，填入寄存器的地址为0xA0>>1 = 0x50.
0x50才是真正的I2C 7位地址 xukai871105 发表于 2013-8-26 12:06 static/image/common/back.gif
如果软件模拟I2C AT24C02的地址为0xA0的话，那么使用MSP430硬件I2C，填入寄存器的地址为0xA0>>1 = 0x50.
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谢谢楼主，我们的硬件I2c不知道什么原因一直调不通。。。。。。。。。。。。。。。。
深海烟花 发表于 2013-9-1 19:38 static/image/common/back.gif
谢谢楼主，我们的硬件I2c不知道什么原因一直调不通。。。。。。。。。。。。。。。。
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要不拿我的代码试一下！
STM32的硬件I2C我也一直没有调通，使用软件I2C的为主
MSP430的硬件I2C用的还是比较顺手的
EFM32的硬件I2C非常好用，简单方便，中断模式容易进入低功耗模式 很感谢楼主，调通了我们的I2c......... 不错，调430的硬件I2c接收部分有点累 楼主的代码分析的很详细！谢谢楼主分享！ 确实给力。正需要IIC呢。楼主感谢 楼主的分析非常清楚到位，辛苦了！ divineliu 发表于 2013-10-18 10:11 static/image/common/back.gif
楼主的分析非常清楚到位，辛苦了！
不客气！继续努力！ 太给力了，爱死楼主{:kiss:} 我之前也打算硬件i2c操作的，发现官方提供的太模糊，自己折腾了一下，花时间，直接上软件模拟了，主要花不起时间专门研究硬件i2c，最好还是官方提供详细的应用说明 楼主说得很详细，学习了 多谢LZ的强大教程，今天试了下，成功了！ 前人栽树，后人乘凉！ xueshengke1993 发表于 2014-8-6 17:52
多谢LZ的强大教程，今天试了下，成功了！ 前人栽树，后人乘凉！
如果你可以用的话这就太好了，看来我的努力值了！ 作为一个只会软件的计算机妹子，由于老师要求，不得不画了板子，学起MSP430。
最近项目要求I2C实现，问了很多人，都直截了当说相当简单。
可是，作为一个新手，好迷茫！
好在找到了楼主的帖子 ，受益匪浅，也缓解了最近烦躁的心情！！楼主辛苦了！！！ 472666316GAQ 发表于 2014-10-30 22:11
作为一个只会软件的计算机妹子，由于老师要求，不得不画了板子，学起MSP430。
最近项目要求I2C实现，问了很 ...
不客气，刚开会总有这么一段时间。
有的时候别人问我问题，我也会不经意回答“这个东西很简单”，但是回头来想想其实很多细节没有弄清楚。
有时间可以看看我签名里面的博客链接，或许有更多收获。 我想麻烦问一下，我用的是IAR，写I2C程序的过程中应该怎么调试啊？用SIMULATOR看寄存器的值么？还是直接下载到板子上啊？我下载到板子上试过，一点反应也没有，看寄存器的值也很奇怪，我也不知道到底通信成功没有，还用过示波器看SCL的值，结果什么都没有一样～好纠结，望楼主有空回答一下啊！！！大谢！！！{:cry:}
不懂硬件编程好难过。。 我擦，酷毙了。。。
代码、文字分段，颜色标注，楼主辛苦了！ 顶楼主, MB刚刚搜了半天,这个TI的 I2C真心难用,一移植楼主的代码马上OK/ 我又来你这里学习了 skyli 发表于 2015-5-13 16:47
我又来你这里学习了
可关注我的博客！在回复的签名中！ 标记一下 很棒,正在调cc2541的IIC,可以参考. Mark MARK 很好的东西，楼主辛苦了 收藏了，准备学习 收藏了，准备学习 楼主辛苦，正好在学习i2c相关，多谢多谢 好东西，学习下。。 mark
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