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标题: 关于I2C的一些心得 [打印本页]

作者: yuchengze 时间: 2016-7-1 11:23 标题: 关于I2C的一些心得

半年之殇：困扰半年的MSP430的I2C总线问题在今天解决，发文总结
　　搞过嵌入式开发的程序员一定知道有I2C总线，手机和电视中的主要串行技术，通过两条线SDA,SCL解决总线传输，地址区分和热插拔问题的技术。
　　可是就是这么一个简单的东西，让我这个自认为有些经验的单片机开发者浪费了整整五个月！这还是我有比较充分的经验，在一年半前就已经非常了解I2C协议的情况下！这段时间我花了无数的时间在调试，思考，解决问题而没有一丝进展。反复的检查问题，想要的结果死活不出来！昨晚的反思让我今天早上我一大早起来第一件事就是调代码，结果正确出来的时候，眼泪都快出来了。这篇文章，总结下这五个月来的问题，这五个月给我好好的上了一课。
   五个月前，初步规划方案阶段：
   我做的体感项目发展到了第四代，为了尽可能的减少尺寸和功耗，将原来的64脚IPM封装的MSP430F149换成了更小，功耗更低的MSP430F2132。选择该型号有显然的好处：32QFN封装，硬件I2C，自带上拉电阻，16MHz的功耗更低。我们使用了原来所用的ADXL345加速计，MPU3050陀螺仪和HMC5883L的磁场计解决方案。在前一版的MSP430F149上是采用模拟I2C总线，而上述传感器挂在这条总线上跑起来都毫无问题，只要焊接无问题，就一定能保证正确结果。而事实证明，这种自信确实是最后的罪魁祸首。
　　四个月前，第一版制作失败：
   换方案后，板子确实做得非常小，只有硬币那么厚，小拇指那样的细条。我们在设计上花费了很多精力，保证尽可能小的体积和封装。PCB制版，焊接，上电，加速度计工作非常正常，而其他传感器返回都为错误。我们一看这个情况，I2C出来啦！单片机没问题！推断只能是传感器焊接问题。重新焊接，不行？那可能是布线和焊接问题。之所以考虑是焊接，是因为那种芯片非常难焊，所有管脚都在芯片屁股下面。如果技巧不够，很容易出现焊接不良的情况，以前的多数问题都是焊接问题。
　　解决了一些小的布局问题以后，准备做第二次板。
   两个月前：第二版制作失败：
　　第二版做出来之后，出现了更严重的问题，每次上电调试，第一次程序还能写进去，第二次就不行了。再用万用表测，电源短路。上面的所有传感器都烧掉了！后来才知道，用的助焊剂非常好用，但导电！如果不洗干净，就会出现短路的问题！后来我们都把板子直接泡到酒精里。
   新的问题又出现了，单片机工作很不稳定。经常出现调试写入不正常，程序跑飞的情况，板子也会变得特别烫。用示波器一看，电源纹波相当大，在电源芯片旁边的电容烫的不能用手碰。仔细分析，原来是我们使用的电容值没有达到正常标准。这句话就在电源芯片PDF中的某一个非常不起眼的地方...更换以后，这部分没问题了。
   可是,I2C还是出不来！加速度计的0X00寄存器返回0XEF值，原本以为是对的，但实际上应该是0xE5;加上驱动程序一跑，发现加速度计根本没正常工作！其他寄存器有的值读出来是错误的，比如写入0x3E，读出来却是0X5F.有些根本就不能读！但磁场计却能出来~陀螺仪永远出不来！这是为什么呢？既然磁场计能正确读值，说明单片机和I2C总线软硬件都没问题，难道加速度计和陀螺仪芯片是假的？？　　　　
　　我们骂了一遍那些“万恶的”淘宝卖家，重新买了一批传感器回来。因为硬件制作确实严格按照要求做了。我们高兴的以为，这不是我们的问题，开心的等待着顺丰把芯片送回来。同时，继续改进电路，完成了第三版。
　　一个半月前：第三版的I2C依旧有问题：
   芯片买回来了，新PCB到货了，兴冲冲的上电，发现问题依旧，磁场计能出来，加速度计问题依旧，万恶的0xEF。陀螺仪还和往日一样，完全没反应。这下尴尬了！
   焊接问题？！我们找了手机维修的大牛，仔细的给我们焊了一遍。同组的同学也认真的焊接好多板子，出现的还是一样的问题。
　　软件I2C问题？但为什么磁场计能出来？所以没问题
　　电路问题？仔细查过，没问题。所有的布线都OK，测试都联通。
　　单片机？工作的挺正常啊，JTAG调试都没问题啊，让它输出高电平就是高，输出低就是低，上拉电阻乖乖的焊上了。我不认为它有什么问题。
　　所有的选项都排除了，我只能把它归结到自身：你平时太堕落了，老天看不下去，故意让你遇到这种最恶心的问题。那段时候，我极度迷信。事实上，这套系统我在PC端上开发了足够强大的服务器端，采用了最新的技术和设计方法，几乎硬件一调好，系统就能工作啊！各种应用接口，通信流量监测，识别算法，插件系统，自然交互界面，无所不用其极。这个项目不属于我正常的工作范畴，算是“周末项目”，做着玩玩赚点小钱花，但并不表示我对它不重视。它让我很有动力的学了很多的东西。有点意思的是，如果不是这套体感系统，我也不会这么钻研.NET程序开发，也不会在博客园开博客。哈哈。
　　半个月前：绝望
　　就像前一段，按照我的逻辑把所有的问题都考虑了一遍（后来想，真的是这样吗？）依旧无果。我已经不知道怎么做了，我变的迷信癫狂不知所措。可能是这个项目本身给我带来了太多的好处，老天已经觉得它应该退出我的人生舞台了。
　　可是我真的能放弃么？花了那么多钱，当然钱是次要的，那么多时间和精力才是关键。如果现在放弃，原有的那些东西都没有了任何价值，最多证明我学过某门技术。我的无数思考和结论都没有了意义。最主要的是，我困扰在了我原本认为最简单的问题上，它不可能解决不了呀？！怎么回事！
   好多次我11点多从实验室回来，一晚上的时间继续白费，还是出不来.....
　　我翻了好多技术资料，发了好多询问帖，有人会帮我回答，但那些问题我都挨个排查过了，没有问题啊、
　　我甚至不相信逻辑，觉得数学书上的证明都是扯淡，谁也没告诉你1+1一定等于2。我生活在一个不可知的世界。
　　我会经常做梦，梦到传感器都出来了，然后兴奋的一塌糊涂，早上起来插上板子，发现问题依旧，还是"0XEF"，还是错误的I2C!
   最近：契机
   我逐渐的将注意力集中在了单片机上面，是它的问题么？我虽然了解I2C协议，看过了各种可能的问题，并严格按照I2C协议写了代码。但我开始怀疑它在通信的时候到底做了什么。我为什么不用示波器看看波形呢？它输出高低电平无误就证明你该相信它么？
波形捕获证明：它出现了中间电平。数字电路只有0和1，不可能有中间电平这种东西！如果出现，只能是电阻分压！  在与ADXL345通信时，这个问题表现得尤为明显，MHC5883L通信时，中间电平变低了，正好落在了单片机能正确检测的范围之内。
那么，出现了不该出现的电阻，它在不合时宜的地方出现，分解了本该正确的电平值导致了单片机端口电压检测错误！电阻从哪来呢？我明明已经关掉了单片机的上拉电阻使能，按照PDF的说明，这应该也是没有问题的。但肯定就是单片机问题！
   昨天：心血来潮
   正好是圣诞节，疯玩了一天，晚上回来，还是决定去实验室看看。将板子的I2C总线引出来，去掉CPU，接到了原来的MSP430F149软件I2C引脚，上电，三个传感器都毫无压力的出来了。非常流畅和清晰！就是单片机问题！
　　换单片机？代价太大，如果换掉，那么所有的板子都要重做。而且原来的尺寸太大，所以原来的外观设计都要推倒重来。如果这一步迈出去，我们五个月来的辛苦基本上都白费了。真的要这样么？原来的程序没问题啊！或许只能这样了。
   我不信，MSP430提供了硬件I2C，为什么不用硬件I2C试试看呢？原来尝试过，但很奇怪所以没有继续深入。那我就要和你死磕。从晚上9点钟开始到12点宿舍熄灯。找到了一份完整的关于硬件I2C的代码模板，不过有些问题，明天继续。
   今天：成功！
   6点钟睡不着了，想着那些事情，我赶紧坐起来，趁着自己有些精神，赶紧看那些代码。昨天晚上太累，好些地方写错了。修修改改，哦？有点意思啊。再改掉了中断的代码和其他的一些问题之后，加上驱动函数，加速度计正常工作！陀螺仪正常工作！磁场计正常工作！
   究其原因，是MSP430F2132和MSP430F149的端口结构不一致导致的，2系列的单片机存在上拉电阻和一些额外的配置，导致一般的模拟I2C代码移植到该单片机时，检测高低电平的时候无法正确判断。但硬件I2C不存在这个问题，只要外部加上拉电阻，就能正常工作，具体细节我还没有仔细论证分析，等待几天之后的分析结果。
　　那一刻，我有点晕，有点不想说话。反倒是很平静。这种事情，从来都不会有那种“放着不动就能成功”的情形。但还是赶紧跑出去给队友打了电话。兴奋之情完全不用形容~原本这一刻，是准备在做好板子焊接完成后的五分钟搞定的，我花了五个月时间。经历了各种痛苦和无语，它今天总算出来了。项目因为这个问题卡的死死的没有半点进展，如果早出来的话，现在几乎已经做完了.....%>_<%
　　对这个成功，我真的无颜大肆渲染，这可能是一个本科生的简单小实验而已，把我足足干掉了五个月的时光。它不是什么历史性时刻，它仅仅是一个普普通通项目的简单开始而已，仅仅如此。
   总结：
   这部分可能是最本文关键的部分。我的盲目自信和粗心让我在如此简单的问题上困扰了整整五个月。这些问题让我快崩溃。写在下面的：
   任何事情首先建立反馈，能让我们真实的知道内部发生了什么，串口，调试JTAG，液晶屏，或者是示波器，逻辑分析仪，这些都是非常得力的助手。
   不怕一个问题出错，怕就怕在它是半对半错性质的，对的那方面很容易让你排除本身应该存在的问题，掩饰错误的真正原因，HMC5883L我恨你。
   仔细看手册说明！我什么时候学的坏毛病：喜欢跳读，大致明白什么意思就行了。可是，那些问题就藏在原本跳过去的地方（不过对我这个问题，单片机手册上还真没说明，否则我真能看出来，但电源芯片配置不正确烧板子的事情，却绝对有关联）。
   这个世界是有逻辑的，如果它出错，那么肯定是有内在问题，上帝非常公平。
　　认真严谨的工作态度，详细分析问题的能力——这两句是我写实验报告时经常写的，但我实际按照要求做了么？没有！别人给你传授经验为什么很多情况没用？来自真正努力地实践，而这却是好多人挂在嘴上而又特别缺乏的，包括我。多数问题真的都是个态度问题。
   这个问题让我险些放弃了整个项目，因为越来越大的实验室压力和考试压力，让我不知道该怎么走下去。实际上再过几天调不出来，我就很可能放弃它了，它往后的故事也不会再有了，也更不会有这篇文章了。文章虽长，可我写它的时间不超过调试上面那个问题的五十分之一。
   这个问题虽然不大，但确实是自我出生以来让我最无语的问题，仿佛死死的卡着脖子不能说话，痛却说不出来。
   我很感激陪伴我度过这五个月的队友，我妹妹，还有好多关心我的人。我还相信一件事情，我虽然是党员，但我也是“二元论”者，这个世界有物理规律支撑，同时，天在看，地也在看，努力工作，好好待人待己，这个世界都不会亏待你的。

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