MSP430模拟I2C技巧

1 MSP430单片机I/O端口控制特点

与8031单片机相比，MSP430I/O端口功能要强大多，其控制方法也更为复杂。MSP430I/O端口可以实现双向输入、输出；完成一些特殊功能如：驱动LCD、A/D转换、捕获比较等；实现I/O各种中断。MSP430采用了传统8位端口方式保证其兼容性，即每个I/O端口控制8个I/O引脚。为了实现对I/O端口每一个引脚复杂控制，MSP430中每个I/O口都对应一组8位控制寄存器(如图1)。寄存器中每一位对应一个I/O引脚，实现对该引脚独立控制。寄存器功能和数目是由该I/O口所能完成功能以及类型确定。[2]图1为MSP430一个I/O端口控制结构示意图。对于最基本只能完成输入、输出功能I/O端口其控制寄存器只有3个。其中，输入寄存器保存输入状态；输出寄存器保存输出状态，方向寄存器控制对应引脚输入、输出状态。本文中用来实现I2C总线接口P6.6、P6.7都属于这类端口。此外，有些I/O端口不但可以用作基本输入输出，而且可以用作其他用途，比如可以作为LCD驱动控制引脚。这类端口控制功能寄存器实现引脚功能状态切换。再者，有一类端口不但可以完成上述两种端口功能，而且可以实现中断功能。该类端口拥有图1中所有寄存器，中断触发方式以及中断屏蔽性都可以通过相应寄存器控制。本文中使用P2.0就属于该类端口，利用它来接收LM92发出中断。

通过上述控制结构，MSP430I/O端口可以实现很丰富功能。不仅如此，其中一些I/O口还可以与MSP430中特殊模块相结合完成更为复杂工作。如与捕获比较模块相结合可以实现串行通信，与A/D模块结合实现A/D转换等。此外，MSP430 I/O端口电器特性也十分突出，几乎所有I/O口都有20mA驱动能力，对于一般LED、蜂鸣器可以直接驱动无需辅助电路。许多端口内部都集成了上拉电阻，可以方便与外围器件接口。2 MSP430与I2C总线器件接口
通过上述介绍了解了MSP430中I/O口一些控制特点。以下介绍如何利用这些特点实现I2C总线接口。如图2所示，使用41系列单片机P6.6产生I2C总线时序同步信号；使用P6.7完成I2C总线串行数据输入输出；利用P2.0接收LM92产生中断信号。基于I2C总线规范，通过对LM92A0、A1和AT240A0、A1、A2设定不同器件地址，两个器件可以共用SCL、SDA。

图: 

2.1 I/O端口引脚控制
与8031不同，MSP430没有位空间，也没有专门执行位操作控制电路。那么对于一个指定I/O端它是如何进行控制呢？MSP430中有关位操作指令都是通过逻辑运算实现。[3]例如：BISB #01000010B,P1OUT ; 将P1.6和P1.1置位XORB #01000010B,P1OUT ; 逻辑或运算该例中置位指令BISB是用原操作数（01000010）与目操作数(P1OUT)做逻辑或运算得到。因此该命令与第二行指令是等效。虽然，这样控制方法比起8031略显复杂，但它控制能力有所增强。从例子中不难看出，这种方式可以同时控制多个端口位。2.2 简化I2C接口方法
众所周知，实现I2C总线协议主要是控制SDA、SCL使其产生协议所规定各种时序。要控制P6.7、P6.6产生I2C总线要求各种时序，就要频繁使用到输入、输出以及方向寄存器。而要减少代码量，简化接口控制，最直接方法就是减少有关寄存器操作次数。要实现这一想法需要软硬件结合，充分利用I/O口特点以及I2C总线协议特点。仔细观察图3基本数据操作时序[1]可以发现：第一，I2C总线在无数据传输时均处于高电平状态；第二，SDA引脚是数据输入输出端，它状态变化最为复杂，控制它需要频繁使用P6IN、P6OUT、P6DIR三个寄存器。
图2中R1、R2是上拉电阻，其阻值由选用I2C总线器件电器特性确定。在本文中这两个电阻不但起上拉作用，还有助于解决第一个问题。当P6.6、P6.7处于接收状态时，上拉电阻可以将该点电平拉升为VCC，从而确保总线空闲时有稳定高电平。
延续以上思路可以发现，方向寄存器相应位为输入时，就等于给I2C从器件发送了逻辑'1'。那么如何发送逻辑'0'呢？将对应方向控制位设为输出，然后输出寄存器相应位置为'0'就可以实现。再进一步，如果将输出寄存器对应为设为'0'，只控制方向寄存器变化就可以发送两种逻辑电平。这样，在发送数据时只需要控制方向寄存器。对于SDA需要频繁切换输入输出状态特点，本方法可以减少15％左右代码量，并使程序更清晰。这样就为第二个问题找到了很好解决方法。
3 I2C总线控制时序实现

以上讲述了I2C总线最基本操作时序。I2C总线中各种操作都是由这些基本操作组合完成。由于I2C总线器件类型、功能、结构不尽相同，因此每一种器件具体控制时序有所区别。图4是AT2402读取指定字节数据控制时序。从图中可以看出一个读取操作中要使用到起始、发送字节、处理回应、接收字节、停止这些基本操作。附录中代码就实现了这个时序。对于AT2402还有其他控制时序，如字节写时序、数据页读时序、地址读取时序等等[1]。附录中代码对基本操作分别编写为子程序。对于不同功能时序，可以通过子程序调用来实现。

图: 

LM92是一种高精度温度传感器，它也采用I2C总线方式控制。图5是该器件读取温度数据时序。因为它功能和结构与AT2402有很大区别，所以二者控制时序不尽相同。如图4和图5，虽然都是实现读取操作，但是二者时序差别很大，LM92控制时序明显要复杂多。不过仔细分析可以看出这些时序也都是由一些基本操作组合实现。这样就可以在上述方法基础上完善LM92所需要基本操作子程序，进而根据时序需要安排子程序实现对LM92各种控制。

图: 

综上所述，要实现I2C总线控制时序，需要仔细分析各种器件时序要求及特点，构建所有基本操作，并按时序要求合理安排基本操作。
4结束语

应用上述设计方法和电路，实现了MSP430与I2C总线器件接口，很好控制AT2402和LM92，达到了预期目标。实践证明该方法对实现I2C总线器件控制非常有效，而且使用该方法编制程序代码量小，执行效率高。该方法为MSP430与I2C总线接口提供了一种可行方案。

灰小子：

MSP430模拟I2C技巧.doc

Hao Mengzhen：

回复 灰小子:

感谢分享！有例程吗？

gaoyang9992006：

学会时序图改成代码，是单片机入门的重要技能。