这是一份介绍性指南，指导你如何用超低功耗MSP微控制器 (MCU) 开始一个与I2C通信有关的项目：

简介

I2C（或称为I2C，集成电路总线）是一种两线制通信形式，主要用来在短距离、电路板间的应用中，实现微控制器与外设IC之间的低速通信。由于其采用范围很广，所以学习使用I2C与MSP MCU之间的通信已经在帮助工程师开发应用方面变得十分必要。通过使用一个超低功耗MSP MCU来访问和控制IC器件，这份指南提供了理解I2C协议并执行这一协议所需的工具与资源。

器件术语

驱动SCL时钟线路的器件被称为主器件，而对其进行响应的器件被称为从器件。在大多数应用中，MSP MCU为主器件，而外设IC为从器件，虽然有时候MSP器件是其它MCU或处理器的从器件。

物理总线

I2C总线由两条线路组成，SCL和SDA。SCL是用来将所有数据传输同步的时钟线路，而SDA是实际的数据线路。还需要第三条线路，即普通接地，不过通常不被提及。由于两条线路都是“开漏”驱动器，它们都需要到电源线路的上拉电阻，这样的话，输出在无运行期间保持在高电平。对于MSP MCU应用来说，电源电压应该与MSP MCU的Vcc相匹配。传统上，上拉电阻器的值为4.7kΩ，不过这个值的范围可以在少于1kΩ到10kΩ之间，取决于所使用的从器件。要获得正确的上拉电阻值，请参考器件数据表。多个从器件可以共用一条I2C总线，单个上拉电阻器

I2C软件协议

不论何种应用，每个支持I2C器件都需要遵守针对全部I2C器件所定义的共同软件协议，其一般结构始终保持不变。通信从启动序列开始，并在一个停止序列中结束，两个序列之间有一个8位数据传输序列。启动位之后是从地址，通常为7位（虽然很少情况下也使用10位寻址）。这7个数据位被放置在一个字节的上7位，而LSB（最低有效位）被用来存储读/写 (R/W) 位。这个位让从器件知道是对其进行写入操作（位值为0），还是读取操作（位值为1）。对一个写入操作，操作序列如下：

发送启动序列
发送从地址，其中R/W位为低电平
发送寄存器数
发送数据字节
发送停止序列
读取操作序列与写入操作十分相似，除了它不发送数据字节，而是重新发送启动序列（被称为一个重复启动）和从地址（不过此时，对于读取操作来说，R/W位为高电平），这样的话，它可以接收数据，而不是发送数据。这个操作在主器件发出典型停止序列后结束。下面是读取操作序列：

发送启动序列
发送从地址，其中R/W位为低电平
发送寄存器数
再次发出启动序列（重复启动）
发出从地址，其中R/W位为高电平
读取数据字节
发出停止序列

MSP MCU通信外设

为了实现串行通信，MSP器件上有可能提供4种不同的外设。其中只有一个外设会因器件的不同而不同。根据在MSP MCU上实现I2C通信的难易程度（从最难到最容易），将这些使用的外设列出如下：

UART：通用同步/异步接收器/发射器。这是最早出现的通信形式，并且存在于大多数MSP430F1xx MCU上。它不支持I2C，因此必须使用一个基于软件的位响应 (bit-bang) 解决方案来与I2C器件实现通信。

USI：通用串行接口。另外一个更加简单的通信形式，用于MSP430G2xx系列内的某些组件等成本有效或空间受限器件。器件上没有I2C状态机，必须在软件中实现。通常情况下，通过使用单独的函数来实现。

USCI：通用串行接口。一个针对ISR和标志用法进行优化的标准通信外设。这个外设常见于MSP430F5xx/F6xx系列中，其中包括一个基于硬件的I2C状态机，因此运行所需要的代码更少。

eUSCI：增强型通用串行通信接口。MSP器件上提供的最先进通信外设，它改进了现有USCI功能，并且包含于所有MSP430FRxx (FRAM) MCU中。
当考虑使用一个具有I2C应用的MSP器件时，用户应该明白，代码结构会随着特定MSP系列器件上存在的外设而变化。每个变量包括必须考虑在内的不同寄存器、ISR和函数。还需要澄清的一点是，并不是所有的器件系列都使用同样的外设（USCI和eUSCI存在于MSP430F5xx/6xx中，USI和USCI存在于MSP430G2xx系列中，等等），这一点在用户参考系列用户指南时会感到很困惑。因此，需要注意的一点是，在开始应用开发时，要根据实际情况来查看正确的材料，并选择合适的示例代码。德州仪器 (TI) 提供针对USI、USCI和eUSCI通信的基本I2C代码示例；这些代码示例可以在工具&软件->软件->示例 (Tools & software -> Software -> Examples) 下的MSP系列器件产品页面内找到（提供ZIP格式的文件，需要注意的是，这些软件包只包含与特定器件上存在的外设相关的代码示例）。对于那些使用USART，或者不包含一个通信外设的器件，我们在社区技术支持内提供在线I2C位响应解决方案。不论是否使用外设，始终需要上拉电阻器来实现I2C通信。某些MSP器件具有内部上拉电阻器，不过不建议使用这些电阻器，因为几个从器件需要特定的、无法在内部满足的电阻值。

用MSP实现I2C的窍门

当试图用I2C在外设IC与MSP之间进行通信时，为了帮助避免常见的执行错误，以下的一些建议值得我们仔细地看一看：

从专门为你的MSP系列器件提供的示例I2C代码入手（产品页面-> Tools & software -> Software -> Examples）。查看根据系列用户指南对I2C寄存器的更改（一定要确保你查看的是正确的外设章节），这样的话，你就可以牢牢掌握实现通信所必须的更改。
使用从器件数据表中指定的上拉电阻和地址（有时会随着输入变量的不同而变化）。需牢记的一点是，从地址的7位被存储在这个字节的上7位，之后是由通信外设设定的一个R/W位，因此，在设置从地址寄存器时，这个值也许需要向左移动一位。
从写入一个寄存器开始，并且监视MSP器件中的ACK。利用故障标志和实验室设备来警告通信故障。使用CCS或IAR提供的调试工具来了解代码的运行方式，哪些寄存器被访问，何时访问函数/ISR，以及它们的访问方式。在完成了这些操作后，在添加寄存器读取功能性方面会变得更加容易。
USCI/eUSCI状态图表示，在接收到最后一个字节前，需要设定UCTXSTP位。在只接收到一个字节的应用中，UCTXSTP位与UCTXSTT位一同设置。如果接收到多个字节，那么应该在接收到第N-1字节后设定UCTXSTP。这样就确保了在接收到最后一个字节后，立即发送停止序列。
调试建议

在放弃那些看起来似乎无法正确运行的代码前，以下是调试这个系统时需要考虑的某些关键点：

确认上拉电阻值&从地址值，用从器件数据表对它们进行验证。
再次检查通信外设初始化，其中包括：寄存器设置、正确的引脚分配、已使能中断、针对运行的外设接通/释放等。
使用任何提供的工具（IDE调试器、逻辑分析器、示波器等）来确认MSP430和从器件严格遵循I2C软件协议。
查看针对已知I2C问题的勘误表，并且查看勘误表说明是否与应用的故障症状相匹配。
研究E2E论坛内的问题，看一看有没有相似的情况已经被解决。尝试不同的I2C相关关键字组合，并且充分利用搜索过滤器。
E2E支持

如果适当的调试和研究方法没有成功，TI E2E社区论坛可以成为与器件专家进行直接沟通的极佳资源。无论遇到何种问题，一定要掌握与之相关的详细信息，以帮助社区成员和TI工程师更好地为请求提供技术支持，其中包括：

MSP430系列器件
使用的LaunchPad或TI目标板，或者定制电路板的电路原理图

从器件
所发现情况或问题的准确描述
使用调试器的同时，所观察到的运行方式（CCS或IAR）
I2C初始化和函数/ISR代码片段（并不是全部代码）
包含合适标签的逻辑分析器和示波器图像

资源

来源：TI微信公众号

工业机器人的兴起是让您感到高兴，还是有些焦虑？人们可以从工厂自动化中涉及的不同类型机器人交互中受益，但与他们合作时仍然存在安全因素的考虑。

根据国际机器人联合会的说法，到2018年，大约有130万个工业机器人将被引入世界各地的工厂，欧洲工厂的比例最高。行业在以下五个领域考虑使用工业机器人：

工业机器人类别

介绍人机交互的示例之前，让我们看看今天在工厂自动化中使用的前三种机器人↓↓↓

工业机器人处理焊接、码垛和提升等任务。它们固定在地板、天花板或墙上。位于控制柜内部的控制单元控制机器人。工业机器人与人的交互示例如下：工业机器人在产品上完成工作步骤后，人类开始取货并因此需要进入机器人的工作区域。

物流机器人用于仓库，其中机器人取货并将其带到包装站，或者机器人将货物从公司所在的一栋建筑物运输到另一栋建筑物。这些机器人在特定环境中移动，并且需要用于定位和映射的大量传感器以及用于防止碰撞的传感器。

协作机器人旨在与人类直接交互。与工业机器人的区别在于机器人和人类同时在同一对象上工作。一个示例是协作机器人在操作者的工作台上方握持对象，如此以来，它可以移动并任意转动对象用于视觉检查，并在必要时执行微调任务。协作机器人通常固定在桌子上，并且像工业机器人一样由控制单元控制。

人机交互的挑战

对于人类来讲，如何保持这种交互的安全性。并肩工作的同时，如何防止碰撞或事故？每个机器人类型的挑战可能完全不同。

工业机器人设计旨在快速、准确地执行任务。机器人手臂内的电机接收信号并执行。通常，机器人手臂不具备用于感测其环境的特征。它只是执行命令并移动到编程位置，不管途中是否存在一个对象。因此，为了防止事故，工业机器人通常在受保护的环境中操作。一个常见的设置是在机器人手臂周围放置光栅。光栅的输出连接到控制柜，其将检测光栅是否穿过并关闭机器人臂。另一种设置是在机器人手臂周围放置围栏并监视围栏门的锁。

物流机器人通常在人类可能在其周围的环境中操作。因此，机器人不仅需要用于定位和映射的传感器，而且需要用于检测人的传感器。可以使用超声波、红外或LIDAR等感测技术。除了用于防止碰撞的传感器之外，还需要备用传感器。如果机器人碰到物体，机器人内部的开关机械打开，关闭机器人，直到操作者再次进入操作模式。这对确保机器人停止，以防电子传感器内部出现故障很有必要。

最复杂的交互发生在人和协作机器人之间。必须确保在机器人手臂与人或任何物体之间发生碰撞的情况下，机器人手臂中集成的传感器立即关闭机器人。如果一个传感器或其后的电子电路发生故障，机器人也会关闭。因此，机器人制造商必须在机器人系统中实现冗余，以快速检测并防止任何可能的碰撞情况。

来源：TI

您试过用智能手机“召唤”汽车驶出停车位吗？您知道现在很多精细的外科手术都是由机器人手臂操作完成的吗？您听说过无人机能自动跟踪GPS飞行路线，并安全着陆，毫发无损吗？

目前，机器人甚至已经成为小到吸尘器、大到教育或信息电子产品的一部分。事实上，半导体技术的惊人发展已经引发了自主机器和人工智能的复兴。

目前，机器正在越来越多地执行那些以往只有人类才能完成的任务，而这种转变为整个世界带来的影响是令人期待的。

智能机器的重新崛起，尤其是无人机、机器人和半自主驾驶车辆，已经从新生事物演变成无数的商业和工业应用。这些机器所包含的电子部件数量增长迅速，从而实现了很多全新的功能，例如高精度控制和环境识别，即在没有物理接近或专门要求此类信息的情况下，对于一个人周围环境的综合识别。前几代的工业机器人或队列行驶车辆几乎都是预定程序以执行高精度的重复作业。而现代自主机器具有非常鲜明的特点，包括与人类的交互功能、处理突发事件的能力以及快速学习的能力。所有这些特性都要求更强的环境识别功能、更高的智能化和更强的控制能力在背后提供支持。

专门针对人工智能的两个应用包括监测与控制。监测应用通常负责处理由互联网或大量传感器生成的大数据。对于巨大且持续增长的数据量的数据挖掘和模式识别需要服务器和处理器具有极高的处理能力。诸如安全、医疗诊断和市场营销等数不胜数的大量应用都依赖数据分析和深度学习技术。另一方面，控制应用要求对传感器数据进行实时分析，以及对制动器和电机进行自主控制。自主驾驶车辆、无人机和新一代机器人都被归为这一范畴。

德州仪器（TI）首席技术官Ahmad Bahai表示，三项使能技术合力促成了此次智能机器的重新崛起：

1. 感测：由于半导体和微机电系统（MEMS）技术的进步，部署于自主系统内的大范围环境识别和视觉传感器的价格已经变得可以承担。虽然诸如摄像头、雷达和LIDAR等视觉传感器对于很多自主系统十分关键，但其它那些需要较低处理能力的环境传感器却更加常见。高精度扭矩、温度和磁性传感器融合可以提供丰富的触觉、接近度和周围环境信息；这使得机器人能够与人类交互，并安全有效地处理突发状况。这与人类和动物体内的很多生物系统类似，它们可以对硬度、热度和磁场强度做出反应，并且具有很多其它非视觉的感测能力。
基于这些感测技术，视觉分析自然而然成为了主流技术，这是因为算法和处理器正在变得越来越强大，而价格也越来越亲民。机器视觉被长期应用于工业和消费类应用中（比如游戏机），但是自主系统的任务关键性需要更高性能以及更高可靠性的机器视觉。正因如此，我们现在才能看到汽车、机器人和无人机内应用的大量高分辨率摄像头。这些自主系统正在充分利用视觉算法和立体照相机技术进步的优势，而这些照相机内则拥有进行深度探测和融合的先进处理器。

具有250米延展范围，精度达到几微米（通常这两项技术规格不能同时实现）的全集成互补金属氧化物半导体 (CMOS) 雷达在光学视觉不可用或无法实现时（比如在大雨、下雪或雾中驾车时），能够跟摄像头功能进行有效的互补。LIDAR能够借助高聚焦激光束来实时提供机器周围更加详实的地图。

2. 处理能力：强大处理能力的出现，连同先进的神经网络算法已经为机器视觉的高效和高可靠性、模式识别和机器学习能力做出巨大贡献。大量的图形处理器（GPU）、仿生处理器、以及多核超长指令字数字信号处理器（VLIW DSP）的丰富产品组合已经使广泛的视觉子系统成为可能。具有大量辅助加速器，针对深度学习和图像处理的浮点运算（Teraflops）超级GPU是复合型高级驾驶员辅助系统（ADAS）的关键。然而，很多自主系统是由电池供电的，它们的处理能量预算有限，并且要求高能效处理。高性能多核DSP配备用于机器学习算法的加速器，可以为移动机器人和无人机等系统提供它们所需的此类高能效处理能力。一款典型的多核DSP，比如TI C7X，可以提供比GPU功耗更低、物料清单（BOM）更少的处理，并且具有更高的延展性。

3. 电机和制动器控制：电机已经取代了自主机器内的很多液压和机械系统。电机和智能电机驱动器的效率提升已经帮助机器人和无人机实现了高精度运动。虽然电动汽车利用了感应交流电机和驱动器更高效率的优势，但很多轻型机器人和无人机仍然使用无刷直流电机来实现它们所需要的高效率和零维护。TI具有广泛的栅极驱动器产品组合，例如DRV8X产品系列，能提供智能栅极驱动功能和高集成度，以实现性能优化和紧凑的电路板设计。具有集成传感器、故障诊断和智能电源管理的电机对于自主系统中的高精度和高扭矩应用至关重要。

尽管有来自技术和其它方面的挑战，智能机器正在我们日常生活中扮演着越来越重要的作用。它们从新生事物到日常使用的转型也正慢慢凸显出来。电子产品和创新型应用的快速进步表明，智能系统的崛起将会一直持续。新一代自主机器将为我们提供有效的解决方案，让我们一起迎接它的到来吧！