如何做一個超低功耗 MCU I2C

I2C（或稱為I2C，集成電路總線）是一種兩線制通信形式，主要用來在短距離、電路板間的應用中，實現微控制器與外設IC之間的低速通信。由于其采用范圍很廣，所以學習使用I2C與MSP MCU之間的通信已經在幫助工程師開發應用方面變得十分必要。通過使用一個超低功耗MSP MCU來訪問和控制IC器件，這份指南提供了理解I2C協議并執行這一協議所需的工具與資源。

器件術語

驅動SCL時鐘線路的器件被稱為主器件，而對其進行響應的器件被稱為從器件。在大多數應用中，MSP MCU為主器件，而外設IC為從器件，雖然有時候MSP器件是其它MCU或處理器的從器件。

物理總線

I2C總線由兩條線路組成，SCL和SDA。SCL是用來將所有數據傳輸同步的時鐘線路，而SDA是實際的數據線路。還需要第三條線路，即普通接地，不過通常不被提及。由于兩條線路都是“開漏”驅動器，它們都需要到電源線路的上拉電阻，這樣的話，輸出在無運行期間保持在高電平。對于MSP MCU應用來說，電源電壓應該與MSP MCU的Vcc相匹配。傳統上，上拉電阻器的值為4.7k?，不過這個值的范圍可以在少于1k?到10k?之間，取決于所使用的從器件。要獲得正確的上拉電阻值，請參考器件數據表。多個從器件可以共用一條I2C總線，單個上拉電阻器

I2C軟件協議

不論何種應用，每個支持I2C器件都需要遵守針對全部I2C器件所定義的共同軟件協議，其一般結構始終保持不變。通信從啟動序列開始，并在一個停止序列中結束，兩個序列之間有一個8位數據傳輸序列。啟動位之后是從地址，通常為7位（雖然很少情況下也使用10位尋址）。這7個數據位被放置在一個字節的上7位，而LSB（最低有效位）被用來存儲讀/寫 (R/W) 位。這個位讓從器件知道是對其進行寫入操作（位值為0），還是讀取操作（位值為1）。對一個寫入操作，操作序列如下：

發送啟動序列

發送從地址，其中R/W位為低電平

發送寄存器數

發送數據字節

發送停止序列

讀取操作序列與寫入操作十分相似，除了它不發送數據字節，而是重新發送啟動序列（被稱為一個重復啟動）和從地址（不過此時，對于讀取操作來說，R/W位為高電平），這樣的話，它可以接收數據，而不是發送數據。這個操作在主器件發出典型停止序列后結束。下面是讀取操作序列：

發送啟動序列

發送從地址，其中R/W位為低電平

發送寄存器數

再次發出啟動序列（重復啟動）

發出從地址，其中R/W位為高電平

讀取數據字節

發出停止序列

MSP MCU通信外設

為了實現串行通信，MSP器件上有可能提供4種不同的外設。其中只有一個外設會因器件的不同而不同。根據在MSP MCU上實現I2C通信的難易程度（從最難到最容易），將這些使用的外設列出如下：

UART：通用同步/異步接收器/發射器。這是最早出現的通信形式，并且存在于大多數MSP430F1xx MCU上。它不支持I2C，因此必須使用一個基于軟件的位響應 (bit-bang) 解決方案來與I2C器件實現通信。

USI：通用串行接口。另外一個更加簡單的通信形式，用于MSP430G2xx系列內的某些組件等成本有效或空間受限器件。器件上沒有I2C狀態機，必須在軟件中實現。通常情況下，通過使用單獨的函數來實現。

USCI：通用串行接口。一個針對ISR和標志用法進行優化的標準通信外設。這個外設常見于MSP430F5xx/F6xx系列中，其中包括一個基于硬件的I2C狀態機，因此運行所需要的代碼更少。

eUSCI：增強型通用串行通信接口。MSP器件上提供的最先進通信外設，它改進了現有USCI功能，并且包含于所有MSP430FRxx (FRAM) MCU中。

當考慮使用一個具有I2C應用的MSP器件時，用戶應該明白，代碼結構會隨著特定MSP系列器件上存在的外設而變化。每個變量包括必須考慮在內的不同寄存器、ISR和函數。還需要澄清的一點是，并不是所有的器件系列都使用同樣的外設（USCI和eUSCI存在于MSP430F5xx/6xx中，USI和USCI存在于MSP430G2xx系列中，等等），這一點在用戶參考系列用戶指南時會感到很困惑。因此，需要注意的一點是，在開始應用開發時，要根據實際情況來查看正確的材料，并選擇合適的示例代碼。德州儀器 (TI) 提供針對USI、USCI和eUSCI通信的基本I2C代碼示例；這些代碼示例可以在工具&軟件->軟件->示例 (Tools & software -> Software -> Examples) 下的MSP系列器件產品頁面內找到（提供ZIP格式的文件，需要注意的是，這些軟件包只包含與特定器件上存在的外設相關的代碼示例）。對于那些使用USART，或者不包含一個通信外設的器件，我們在社區技術支持內提供在線I2C位響應解決方案。不論是否使用外設，始終需要上拉電阻器來實現I2C通信。某些MSP器件具有內部上拉電阻器，不過不建議使用這些電阻器，因為幾個從器件需要特定的、無法在內部滿足的電阻值。