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MSP430与I2C总线接口技术的高效输出方案研究

2018年01月31日 17:17 次阅读

MSP430单片机自从2000年问世以来,就以其功能完善、超低功耗、开发简便的特点得到了许多设计人员的青睐。MSP430与传统的51单片机在结构上有很大的区别。其中之一就是:在MSP430的外围接口电路中,没有提供像51那样控制外设读、写、地址锁存信号的硬件电路。与这种接口电路相适应,MSP430更倾向使用I2C总线以及ISP等基于串行接口的外围器件。另一方面,随着I2C技术的发展和成熟,其硬件结构简单、高速传输、器件丰富等特点使该类器件的应用越来越广泛。因此研究新型单片机MSP430与I2C总线接口技术有着重要的意义。本文针对这一问题进行研究,分析研究了 MSP430与I2C总线接口的原理和方法,提出了高效的接口方法,介绍了优化的程序。 [b]1 MSP430单片机I/O端口控制特点 与8031单片机相比,MSP430的I/O端口的功能要强大的多,其控制的方法也更为复杂。MSP430的I/O端口可以实现双向的输入、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采用了传统的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端口每一个引脚的复杂控制,MSP430中的每个I/O口都对应一组8位的控制寄存器(如图1)。寄存器中的每一位对应一个I/O引脚,实现对该引脚的独立控制。寄存器的功能和数目是由该I/O口所能完成的功能以及类型确定的。[2] 图1为MSP430的一个I/O端口的控制结构示意图。对于最基本的只能完成输入、输出功能的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的状态,方向寄存器控制对应引脚的输入、输出状态。本文中用来实现I2C总线接口的P6.6、P6.7都属于这类的端口。此外,有些I/O端口不但可以用作基本的输入输出,而且可以用作其他用途,比如可以作为LCD的驱动控制引脚。这类端口的控制功能寄存器实现引脚功能状态的切换。再者,有一类端口不但可以完成上述两种端口的功能,而且可以实现中断功能。该类端口拥有图1中所有的寄存器,中断触发的方式以及中断的屏蔽性都可以通过相应的寄存器控制。本文中使用的P2.0就属于该类端口,利用它来接收LM92发出的中断。

MSP430与I2C总线接口技术的高效输出方案研究

通过上述的控制结构,MSP430的I/O端口可以实现很丰富的功能。不仅如此,其中一些I/O口还可以与MSP430中的特殊模块相结合完成更为复杂的工作。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端口的电器特性也十分突出,几乎所有的I/O口都有20mA的驱动能力,对于一般的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的接口。 [b]2 MSP430与I2C总线器件接口 通过上述的介绍了解了MSP430中I/O口的一些控制特点。以下介绍如何利用这些特点实现I2C总线的接口。如图2所示,使用41系列单片机的 P6.6产生I2C总线的时序同步信号;使用P6.7完成I2C总线的串行数据输入输出;利用P2.0接收LM92产生的中断信号。基于I2C总线规范,通过对LM92的A0、A1和AT240的A0、A1、A2设定不同的器件地址,两个器件可以共用SCL、SDA。

MSP430与I2C总线接口技术的高效输出方案研究

[b] 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的控制电路。那么对于一个指定的I/O端它是如何进行控制的呢?MSP430中有关位操作的指令都是通过逻辑运算实现的。[3]例如: BISB #01000010B,P1OUT ; 将P1.6和P1.1置位XORB #01000010B,P1OUT ; 逻辑或运算 该例中的置位指令BISB是用原操作数(01000010)与目的操作数(P1OUT)做逻辑或运算得到的。因此该命令与第二行的指令是等效的。虽然,这样的控制方法比起8031略显复杂,但它的控制能力有所增强。从例子中不难看出,这种方式可以同时控制多个端口位。 [b]2.2 简化I2C接口的方法 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的各种时序。要控制P6.7、P6.6产生I2C总线要求的各种时序,就要频繁使用到输入、输出以及方向寄存器。而要减少代码的量,简化接口控制,最直接的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口的特点以及I2C总线协议的特点。

MSP430与I2C总线接口技术的高效输出方案研究

仔细观察图3的基本数据操作时序[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引脚是数据的输入输出端,它的状态变化最为复杂,控制它需要频繁的使用P6IN、P6OUT、P6DIR三个寄存器。 图2中的R1、R2是上拉电阻,其阻值由选用的I2C总线器件的电器特性确定。在本文中这两个电阻不但起上拉的作用,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的电平拉升为VCC,从而确保总线空闲时有稳定的高电平。 延续以上的思路可以发现,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?将对应的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”,只控制方向寄存器的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的特点,本方法可以减少15%左右的代码量,并使程序更清晰。这样就为第二个问题找到了很好的解决方法。 [b]3 I2C总线控制时序的实现 以上讲述了I2C总线最基本的操作时序。I2C总线中的各种操作都是由这些基本操作组合完成的。由于I2C总线器件的类型、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。附录中的代码就实现了这个时序。对于AT2402还有其他控制的时序,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。对于不同的功能时序,可以通过子程序的调用来实现。

MSP430与I2C总线接口技术的高效输出方案研究

LM92是一种高精度的温度传感器,它也采用I2C总线方式控制。图5是该器件读取温度数据的时序。因为它的功能和结构与AT2402有很大的区别,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的控制时序明显要复杂的多。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的。这样就可以在上述方法的基础上完善LM92所需要的基本操作子程序,进而根据时序需要安排子程序实现对LM92的各种控制。

MSP430与I2C总线接口技术的高效输出方案研究

综上所述,要实现I2C总线的控制时序,需要仔细分析各种器件的时序要求及特点,构建所有的基本操作,并按时序要求合理安排基本操作。 [b]4结束语 应用上述的设计方法和电路,实现了MSP430与I2C总线器件的接口,很好的控制AT2402和LM92,达到了预期的目标。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的程序代码量小,执行效率高。该方法为MSP430与I2C总线接口提供了一种可行的方案。

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msp430如何选择头文件?怎么添加?

msp430时钟周期、机器周期、指令周期定义及关...

时钟周期又叫做振荡周期、节拍周期,定义为时钟晶振频率的倒数。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单...

发表于 2017-11-17 10:11 377次阅读
msp430时钟周期、机器周期、指令周期定义及关...

msp430时钟源怎么选择的方法与技巧

MSP430不像51只有有一个外部晶振作为时钟源,MSP430又有3到4个时钟源!外部可接两个晶振,...

发表于 2017-11-17 09:49 289次阅读
msp430时钟源怎么选择的方法与技巧

msp430系统时钟详解

SP430 系列单片机基础时钟主要是由低频晶体振荡器,高频晶体振荡器,数字控振荡器(DCO),锁频环...

发表于 2017-11-17 09:23 776次阅读
msp430系统时钟详解

msp430如何设置时钟及ad模块学习

 我们在程序里对寄存器的设置,也就是对三个振荡器进行设置,时钟振荡器设置好了,还要对时钟模块进行设置...

发表于 2017-11-17 08:52 377次阅读
msp430如何设置时钟及ad模块学习

MSP430单片机的特点

MSP430系列单片机是一个16位的单 片机,采用了精简指令集(RISC)结构,具有丰富的寻址方式(...

发表于 2017-11-15 14:27 345次阅读
MSP430单片机的特点

msp430和stm32哪个较好?区别是什么

在处理运算时,STM32的速度略快于MSP430,在做浮点运算时,速度远远快于MSP430,在需要复...

发表于 2017-11-10 10:31 2420次阅读
msp430和stm32哪个较好?区别是什么

开发之常用几款单片机优劣分析

几种使用过的单片机比较(个人观点),供选型者和初学者参考51系列单片机使用的人很多,资料很多,根本不...

发表于 2017-10-31 10:42 2597次阅读
开发之常用几款单片机优劣分析

用MSP430控制的可调速风扇散热系统方案

工业以太网交换机和服务器在功率较大时会产生较多热量,通常需要进行散热来保证系统正常工作。看TI最新带...

发表于 2017-10-18 10:19 3280次阅读
用MSP430控制的可调速风扇散热系统方案

基于MCU msp430f5438A芯片的多功能...

安全被越来越多的受到重视,门禁锁越来越普及,而且需求越来越复杂,有几个人必须同时刷卡才能进入;有的只...

发表于 2017-08-17 07:22 770次阅读
基于MCU msp430f5438A芯片的多功能...

99%单片机初学者,都走一条歪路!

最后总经过两天的思考、讨论、总结、检讨···,我们发现了问题的所在,想来想去,这估计是很大一部分初学...

发表于 2017-07-31 07:27 3665次阅读
99%单片机初学者,都走一条歪路!

全新 MSP430Ware 便利套件,让电子设计...

全新 MSP430Ware 采用便利套件的形式提供,囊括了代码范例、产品说明书及其它设计资源,适用于...

发表于 2017-04-26 18:09 282次阅读
全新 MSP430Ware 便利套件,让电子设计...

基于MSP430G2452微控制器的Launch...

这篇应用报告描述了一种低成本,基于 MSP430 LaunchPad Value Line开发工具包...

发表于 2017-04-26 18:01 209次阅读
基于MSP430G2452微控制器的Launch...

德州仪器 MSP430 系列超低功耗 16 位微...

日前,德州仪器 (TI) 宣布推出 MSP430F563x 和 MSP430F663x 微控制器系列...

发表于 2017-04-26 17:59 146次阅读
德州仪器 MSP430 系列超低功耗 16 位微...

使用集成型 LCD MSP430器件带来的应用优...

TI拥有广泛系列带集成型 LCD 且闪存高达 512KB 的 MSP430 器件组合。现在让我们深入...

发表于 2017-04-26 17:38 146次阅读
使用集成型 LCD MSP430器件带来的应用优...

这么多集成型 LCD 的 MSP430产品,哪一...

2001 年,MSP430产品线推出第一款具有集成型 LCD 的微控制器。自此,TI相继推出强大的产...

发表于 2017-04-26 17:37 217次阅读
这么多集成型 LCD 的 MSP430产品,哪一...

MSP430FRx MCU 实现无线监控电机维护...

不久之前,我们发布了全新的 TI Design 参考设计,展示了一种用于 无线监控电机状态 以确定是...

发表于 2017-04-26 17:17 267次阅读
MSP430FRx MCU 实现无线监控电机维护...

MSP430和SimpleLink Wi-Fi在...

今年在旧金山召开的IoT世界大会上,TI是IoT世界黑客马拉松比赛的主办者。来自全国各地的制造商齐聚...

发表于 2017-04-26 17:06 195次阅读
MSP430和SimpleLink Wi-Fi在...

TI PLC模块电表应用方案概述——电表侧硬件工...

TI PLC模块电表应用方案概述 电表侧硬件原理 下面给大家介绍一下,电表侧硬件原理图: 1. 电表...

发表于 2017-04-26 16:01 281次阅读
TI PLC模块电表应用方案概述——电表侧硬件工...

如何将无线固件/软件升级应用在 MSP430 微...

随着物联网 (IoT) 内器件的互联程度越来越高,并且客户需求也使得固件和软件升级变为重要的产品要求...

发表于 2017-04-26 15:29 113次阅读
如何将无线固件/软件升级应用在 MSP430 微...

MSP430 单芯片实现低成本、低功耗电感邻近度...

电感邻近度传感器可用于LC传感器附近金属的非接触式检测。这些电感式感测解决方案可以实现存在检测和工厂...

发表于 2017-04-26 14:02 169次阅读
MSP430 单芯片实现低成本、低功耗电感邻近度...

使用 MSP430 FRAM 实现低成本能量采集

对于很多人来说,第一次接触能量采集可能是在早期使用太阳能便携式计算器的时候,虽然如今这种类型的计算器...

发表于 2017-04-26 12:38 223次阅读
使用 MSP430 FRAM 实现低成本能量采集

节省成本的智能仪表该怎么做?

在现代仪表设计中,低功耗是必不可少的。不论是测量煤气、水、电或热量,你必须限制流耗,以实现较长的电池...

发表于 2017-04-26 12:32 159次阅读
节省成本的智能仪表该怎么做?

基于MSP430的函数信号发生器设计方案

信号产生部分采用信号发生芯片MAX038,以MSP430单片机为微控制器,进行各种功能操作,完成输出...

发表于 2017-04-19 09:35 1423次阅读
基于MSP430的函数信号发生器设计方案

让 MSP430 功耗更低的秘诀 — 第 1 部...

没错,当您想到TI 一流微控制器 MSP430 时,低功耗是首先浮现在脑海的特性之一。毕竟,这是就 ...

发表于 2017-04-18 14:54 243次阅读
让 MSP430 功耗更低的秘诀 — 第 1 部...

让 MSP430 功耗更低的秘诀 — 第 2 部...

在上周的《让低功耗 MSP430 的功耗更低》一文中,我们探讨了特别有趣的 MSP430 属性:尽管...

发表于 2017-04-18 14:36 219次阅读
让 MSP430 功耗更低的秘诀 — 第 2 部...

I2C是什么,什么类型设备支持I2C,为什么要使...

我相信互联网搜索引擎可为我提供可靠、快速的答案,因此当我第一次遇到I2C协议时,我首先寻求互联网搜索...

发表于 2017-04-08 01:45 3074次阅读
I2C是什么,什么类型设备支持I2C,为什么要使...

利用TI CapTIvate™ 触控技术应对电容...

通常而言,电容式触控面板有时会比较难以处理,尤其是在下雨的时候,落下的雨滴与指尖的触感十分相似,而当...

发表于 2017-03-08 18:33 569次阅读
利用TI CapTIvate™ 触控技术应对电容...

利用集成式工业接口数字隔离器减少尺寸与成本

随着竞争产品价格的降低和产品差异化需求的增加,在工业市场上生存也变得越来越艰难。同时,安全标准不见有...

发表于 2017-02-10 07:36 264次阅读
利用集成式工业接口数字隔离器减少尺寸与成本

以MSP430为核心的可穿戴血糖仪电路设计—电路...

本文介绍的是一种便携式可穿戴血糖仪,主要基于MSP430单片机为核心,葡萄糖氧化酶电极为测试传感器,...

发表于 2017-01-06 15:53 4413次阅读
以MSP430为核心的可穿戴血糖仪电路设计—电路...

七大主流单片机的优缺点

单片机现在可谓是铺天盖地,种类繁多,让开发者们应接不暇,发展也是相当的迅速,从上世纪80年代,由当时...

发表于 2016-12-27 10:58 4229次阅读
七大主流单片机的优缺点

基于MSP43O单片机的无线充电器电路设计—电路...

本文无线充电系统的设计是用线圈耦合方式传递能量,使接收单元接收到足够的电能,以保证后续电路能量的供给...

发表于 2016-12-16 15:52 5219次阅读
基于MSP43O单片机的无线充电器电路设计—电路...

30秒搞定IIC时序分析

在I2C总线产品的硬件测试中,验证时序是否满足标准时经常要对十几项参数进行逐一测量,工作繁琐耗时长。...

发表于 2016-12-16 09:22 2905次阅读
30秒搞定IIC时序分析

亲爱的工厂经理:通过预测性维护,您可预防问题的发...

MSP430™微控制器(MCU)产品营销工程师Dave Smith说:“通常,我们只有在设备停止工作...

发表于 2016-11-23 11:47 235次阅读
亲爱的工厂经理:通过预测性维护,您可预防问题的发...

基于msp430的一体式完备的移动电源解决方案设...

该参考设计中包含一个MSP430微控制器(MCU),其作为内务处理型MCU,用来优化移动电源的功耗。...

发表于 2016-11-04 20:58 658次阅读
基于msp430的一体式完备的移动电源解决方案设...