MSP430与I2C总线器件接口
MSP430与I2C总线器件接口电路示于图2,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。
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。MSP430中有关位操作的指令都是通过逻辑运算实现的。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。这种方式可以同时控制多个端口位。
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。
从图3的基本数据操作时序可以发现：I2C总线在无数据传输时均处于高电平状态;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。
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’。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’就可以实现发送逻辑‘0’。再进一步,如果将输出寄存器对应位设为‘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。
I2C总线控制时序的实现
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。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。对于不同的功能时序,可以通过子程序的调用来实现。
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。
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。
结语
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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