TI線下MSPM0G3507溫控器報告

作者：梅堯時間：2025-03-17 來源：EEPW

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使用MSPM0G3507 制作溫控控制系統(tǒng)涉及硬件設(shè)計、軟件編程以及溫度傳感器接口等多個方面接口工作的的綜合性項目。

本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/202503/468209.htm

以下是一個詳細(xì)的規(guī)劃方案及系統(tǒng)功能的概述。

1 硬件

1.清單

主控：TI LP-MSPM0G3507。

擴(kuò)展板：自繪畫3507 擴(kuò)展板。

擴(kuò)展板設(shè)備：

傳感器：溫濕度AHT21 傳感器。

顯示屏：串口屏。

按鍵：四個輕觸按鍵。

指示燈：貼片RGBLED（紅綠藍(lán)）色。

蜂鳴器：電磁式有源一體有源蜂鳴器。

風(fēng)機(jī)：小電機(jī)替代，3 ~ 5 V。

水泵：待定（小電機(jī)）

照明：LED 燈珠

加熱：2.54 端口（用火機(jī)模擬）

電源：4.5 V ~ 28 V 轉(zhuǎn)5 V 3 A 電源，寬電壓輸入。

5V輸入再轉(zhuǎn)3.3V

預(yù)留：無法模塊，485，SPI 接口功能。

2.硬件接口設(shè)計介紹

溫濕度AHT21 傳感器接口：

AHT21 是一個數(shù)字溫濕度傳感器，通過I2C 接口與MSPM0G3507 通信。

在擴(kuò)展板上設(shè)計I2C 接口連接，包括SCL（時鐘線）和SDA（數(shù)據(jù)線），以及供電和地線。

串口屏接口：

串口屏通過UART（通用異步收發(fā)傳輸器）接口與MSPM0G3507 通信。設(shè)計UART 接口，包括TX（發(fā)送）、RX（接收）、供電和地線。

輕觸按鍵：

設(shè)計四個輕觸按鍵，每個按鍵連接到MSPM0G3507的一個GPIO 引腳。

貼片RGB LED：

RGB LED 需要三個GPIO 引腳分別控制紅、綠、藍(lán)三種顏色的亮度。設(shè)計三個GPIO 引腳接口，以及LED的共陽極連接。

電磁式有源蜂鳴器：

有源蜂鳴器只需要一個GPIO 引腳來控制其開關(guān)。

設(shè)計一個GPIO 引腳接口，連接到蜂鳴器的控制端。

風(fēng)機(jī)接口：

風(fēng)機(jī)（小電機(jī)）通過PWM（脈沖寬度調(diào)制）或簡單的GPIO 控制。設(shè)計一個PWM 或GPIO 引腳接口，以及風(fēng)機(jī)的供電和地線。

水泵接口（待定，使用小電機(jī)替代）：

同風(fēng)機(jī)接口設(shè)計，預(yù)留PWM 或GPIO 引腳接口。

LED照明燈珠：

設(shè)計一個或多個GPIO 引腳接口，用于控制LED 燈珠的開關(guān)。

加熱接口（使用電阻模擬加熱裝置）：

使用電阻作為加熱元件來模擬加熱過程更為實際和可控。電阻加熱是一種常見的加熱方式，它基于焦耳熱效應(yīng)，即電流通過導(dǎo)體時會產(chǎn)生熱量。設(shè)計一個PWM或GPIO 引腳接口，以及加熱元件的供電和地線。

電源管理：

使用4.5 V ~ 28 V 轉(zhuǎn)5 V 3 A 電源，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。設(shè)計5 V 轉(zhuǎn)3.3 V 的電路，為需要3.3 V 供電的元件提供電壓。

存儲器：

使用了AT24C02 存儲器，AT24C02 是一款2 K 位串行CMOS EEPROM（電可擦可編程只讀存儲器）。

預(yù)留接口：

設(shè)計RS485、SPI 等接口的預(yù)留空間，以便未來擴(kuò)展。

3.硬件功能與控制方式

AHT21（溫濕度傳感器）：

● 接口連接：AHT21通過I2C接口與微控制器MSPM0G3507連接。將SCL（串行時鐘線）和SDA（串行數(shù)據(jù)線）分別接至控制器MSPM0G3507 的SCL 和SDA引腳，PB2，PB3.

● 電源：為AHT21提供3.3V電源。

● 功能：根據(jù)與MSPM0G3507通信，對讀取到的溫度和濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行信息處理，根據(jù)對信號濾波、校準(zhǔn)，將處理后的數(shù)據(jù)顯示出來，通過液晶屏顯示對應(yīng)的溫濕度，就對溫控進(jìn)行實時監(jiān)測和記錄溫濕度數(shù)據(jù)。

程序在開始使用AHT21 功能判斷之前，需要對其進(jìn)行初始化，是對IIC 進(jìn)行初始化，初始化過程包括設(shè)置AHT21 的地址和模式等參數(shù)，及通過發(fā)送特定的I2C 命令來完成對應(yīng)的工作。通過I2C 接口向AHT21發(fā)送讀取命令，請求溫度和濕度的數(shù)據(jù)，AHT21 會返回溫度和濕度的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要根據(jù)AHT21 提供的轉(zhuǎn)換公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以得到實際的溫度和濕度值（攝氏度和相對濕度%）。

串口屏：

串口屏作為一種功能強(qiáng)大的顯示屏，在很多的領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用。通過了解其使用功能、接口連接以及電源供應(yīng)等方面的信息，可以更好地選擇和使用串口屏來滿足不同的應(yīng)用需求。

顯示功能：

串口屏顯示文本、圖像、圖標(biāo)等多種信息，顯示溫度濕度，及各個模塊的開關(guān)情況以及狀態(tài)的信息。

觸控交互：

串口屏配備觸摸屏，可以通過觸摸操作與系統(tǒng)進(jìn)行交互，點(diǎn)擊按鈕、滑動頁面等。可以用來設(shè)定溫度的值，照明開關(guān)，水泵開關(guān)等一系列操作，及大的實現(xiàn)人機(jī)交互的體驗感和操作性。

通訊與控制：

通過串口與主控MSPM0G3507 進(jìn)行通訊，接收指令并顯示相應(yīng)信息，這里使用的串口屏不僅可以作為顯示設(shè)備，還可以作為控制設(shè)備，通過發(fā)送指令控制其他外部設(shè)備。

串口連接：

串口屏通過串口UART 與主控MSPM0G3507 進(jìn)行連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和指令的接收。

串口連接通常使用標(biāo)準(zhǔn)的串口線或串口轉(zhuǎn)接線進(jìn)行連接，使用的引腳是PA25，PA26.

電源連接：

串口屏需要穩(wěn)定的電源供應(yīng)才能正常工作，電源連

接使用常規(guī)的XH2.54 接口使用的是DC 5 V，通過擴(kuò)展

板上的P10 接口使用XH2.54_4PIN 的線與串口屏連接。

參數(shù)：

7 英寸迪文科技工業(yè)智能串口屏工控觸摸觸控物聯(lián)

網(wǎng)DMG80480T070_05W

品牌：迪文科技

芯片：T5L0

尺寸：7 英寸

分辨率：800*480

視角：70° /70° /50° /70°（L/R/U/D）

工作溫度：-20℃ ~ 70℃

存儲溫度：-30℃ ~ 80℃

三防漆工藝：有

輕觸按鍵：

按鍵電路：

每個按鍵通過上拉電阻連接到MSP430G3507的GPIO引腳。當(dāng)按鍵未被按下時，GPIO引腳通過上拉電阻被拉至高電平；當(dāng)按鍵被按下時，GPIO引腳被拉至低電平。

按鍵的主要功能手動控制相關(guān)的設(shè)備，如風(fēng)機(jī)，水泵，照明，以及當(dāng)發(fā)生溫度過高，出現(xiàn)超溫現(xiàn)象的時候，用于手動取消報警功能操作，以免一直處于報警狀態(tài)。

手動鍵：當(dāng)按下手動鍵時，打開照明和風(fēng)機(jī)，同時啟動一個定時器來控制水泵工作3 S ~ 5 S 后自動關(guān)閉。

取消報警鍵：當(dāng)系統(tǒng)檢測到超溫等報警條件時，可以通過按下此鍵來取消報警。

使用的MSP430G3507 引腳分別是，PA22，PA8，另外兩個按鍵預(yù)留，增加新的功能時，再引用，按鍵的功能。

使用MSP430G3507 對四個輕觸按鍵的軟件功能，首先是初始化、中斷處理以及按鍵邏輯，

初始化：

在程序開始時，我們需要對MSP430G3507 進(jìn)行初始化，包括設(shè)置系統(tǒng)時鐘、GPIO 引腳、中斷等，對于輕觸按鍵通常使用外部中斷來檢測按鍵的按下和釋放。使用MSP430G3507 多個外部中斷源，軟件實現(xiàn)時將每個按鍵配置為觸發(fā)一個獨(dú)立的中斷，避免在工作過程時，同時操作，避免帶不必要的誤操作，影響使用和體驗。

貼片RGB LED：

為了產(chǎn)品在使用過程，出現(xiàn)正常實驗時，突然打開相關(guān)的操作，或者停止某些操作，所以這個擴(kuò)展板設(shè)計時，就增加了一個貼片RGB LED 燈，其中RGB LED采用共陽極連接，并且使用三個GPIO 引腳分別控制紅、綠、藍(lán)三種顏色的亮和滅，沒有設(shè)計成呼吸燈的效果，就是為了更好的體驗其設(shè)計要求，當(dāng)然在我當(dāng)時還考慮了確保GPIO 引腳能夠輸出適當(dāng)?shù)碾娏鱽眚?qū)動LED 的問題點(diǎn)，并且考慮到LED 的共陽極配置和控制。

硬件連接：

共陽極：將RGB LED 的三個陽極連接到一個相同的電源上，擴(kuò)展板設(shè)計的時候采用的是3.3 V 電源供電。這個電源應(yīng)該是根據(jù)你的LED 規(guī)格電壓和電流要求來選擇的，當(dāng)然很多一部分都是我的經(jīng)驗給了幫助。對于大多數(shù)貼片RGB LED，這個電壓可能是3.3 V 或5 V，但具體取決于LED的數(shù)據(jù)手冊，我這里還是選用了3.3 V的電源供電，沒有選擇5 V 的供電。

GPIO 引腳：

GPIO_R：連接到紅色LED 的陰極，用于控制紅色LED 的亮滅，引腳為pa8.

GPIO_G：連接到綠色LED 的陰極，用于控制綠色LED 的亮滅，引腳為pb18.

GPIO_B：連接到藍(lán)色LED 的陰極，用于控制藍(lán)色LED 的亮滅，引腳為pa18.

當(dāng)然由于有一些GPIO 引腳通常不能直接提供足夠的電流來驅(qū)動LED 到足夠的亮度，因此需要在每個LED 的陰極和GPIO 引腳之間串聯(lián)一個適當(dāng)?shù)碾娮?。電阻的值取決于LED 的規(guī)格和電源電壓。可以使用歐姆定律（V = IR）來計算所需的電阻值，但通?？梢酝ㄟ^查閱LED 的數(shù)據(jù)手冊或使用在線LED 電阻計算器來找到更準(zhǔn)確的值，這個是方法，我這里選用的是1K 的值作為選用電阻的參數(shù)，用來驅(qū)動LED 的亮度。

軟件控制：

在軟件方面，需要編寫代碼來控制GPIO 引腳的電平，從而控制LED 的亮滅。由于GPIO 引腳通常只能控制開/ 關(guān)（高/ 低電平），因此如果想要實現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)，可能需要使用PWM（脈沖寬度調(diào)制）來實現(xiàn)亮度的調(diào)節(jié)，包括呼吸燈。

PWM 是一種通過改變脈沖的寬度（占空比）來模擬模擬信號的技術(shù)。在控制LED 亮度時，可以通過改變GPIO 引腳輸出脈沖的占空比來改變通過LED 的平均電流，從而改變LED 的亮度。

蜂鳴器：

電磁式有源蜂鳴器是一種利用電磁原理產(chǎn)生音頻信號的電子器件，蜂鳴器有著廣泛的應(yīng)用，蜂鳴器分為有源和無源蜂器兩種，MSP430G3507 擴(kuò)展板上使用的是有源蜂鳴器。

工作原理：

電磁式有源蜂鳴器主要由鐵芯、線圈和振膜組成。當(dāng)電流通過線圈時，產(chǎn)生的磁場會使鐵芯磁化，進(jìn)而吸引振膜與之相連。隨著電流的變化，磁場也會發(fā)生變化，導(dǎo)致鐵芯的磁力發(fā)生變化，從而使振膜動態(tài)地受到吸引和釋放。這種振動過程會產(chǎn)生聲波，通過空氣傳播出去，形成我們聽到的聲音。

特點(diǎn)：

電磁式有源蜂鳴器能夠發(fā)出較為清晰、音質(zhì)較好的聲音。相比于其他類型的蜂鳴器，電磁式有源蜂鳴器通常具有較寬的頻率響應(yīng)范圍。

電磁式有源蜂鳴器一般采用1/2 方波驅(qū)動，且能夠在較低的電壓下1.5 V發(fā)出較高的音壓（可達(dá)85 dB以上）。

技術(shù)參數(shù)：

電磁式有源蜂鳴器的技術(shù)參數(shù)可能因具體型號而異，但一般包括以下幾個方面：

額定電壓：如1.5 V、3 V、5 V、9 V、12 V 等。工

作電壓范圍：通常較寬，如1 ~ 15 V。

額定電流：不同型號的產(chǎn)品額定電流可能不同，如Max30 mA、Max40 mA 等。

操作溫度：一般在-20℃ 至+70℃ 之間。

重量：通常較輕，便于集成到各種電子產(chǎn)品中。

引腳連接：與MSP430G3507 連接的是PB1 引腳，PB1引腳還可以輸出PWM波，可以很好的更換為無源蜂鳴器，實現(xiàn)PWM驅(qū)動無源蜂鳴器的功能。

風(fēng)機(jī)接口：

風(fēng)機(jī)（小電機(jī)）通過PWM（脈沖寬度調(diào)制）或簡單的GPIO 控制。設(shè)計一個PWM 或GPIO 引腳接口，以及風(fēng)機(jī)的供電和地線。

剛開始的時候計劃是選用那種可以檢測反饋的風(fēng)扇，方便軟件上可以判斷風(fēng)扇的工作狀態(tài)，因為調(diào)控上會比一些器件。因為從需要上作了一定的考慮，設(shè)計一個用于控制風(fēng)機(jī)的接口時，我們需要考慮到風(fēng)機(jī)的供電需求、控制信號的輸入（PWM 或GPIO），以及必要的接地處理，和電流檢測。

在選用風(fēng)機(jī)時我這邊首先是確定風(fēng)機(jī)的額定電壓和電流需求。大多數(shù)小型風(fēng)機(jī)的工作電壓在3 V 到12 V之間，但具體值應(yīng)參考風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)手冊，所以當(dāng)時就選用了一個低電壓的小風(fēng)機(jī)，用來實現(xiàn)電機(jī)的工作演示。根據(jù)當(dāng)時電源的設(shè)計要求，后面把風(fēng)機(jī)規(guī)格選擇3 ~5V的電源電壓。

PWM控制接口

PWM引腳選擇一個微控制器的PWM輸出引腳，PWM 信號可以調(diào)整占空比，從而控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。在PWM引腳和風(fēng)機(jī)之間加入一個電阻來限制電流，目的是為了工作時的穩(wěn)定性。

GPIO 控制接口

GPIO輸出高電平或低電平來控制風(fēng)機(jī)的開關(guān)狀態(tài)（通常不用于調(diào)速），是什么意思呢，是當(dāng)GPIO 輸出電平為高的時候，就讓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動起來，如果要關(guān)就輸出的低電平，道理與工作時的狀態(tài)相反。

MSP430G3507為核心板，連接擴(kuò)展板使用的是PB20GPIO口，PB20是可以輸出為PWM脈沖寬度調(diào)制。

工作原理：（這里以GPIO 高低為例來分析），MSP430G3507的PB20輸出一個高電平信號，使Q4 有一個偏置電流，從而使三極管導(dǎo)通讓風(fēng)機(jī)得電工作。R55和R54這兩個電阻是為了讓三極管更加穩(wěn)定的工作，驅(qū)動三極管；D3一個放電二極管，當(dāng)Q4截止工作的時候，風(fēng)機(jī)會有一個反電動勢，防止損壞Q4 三極管的作用。

風(fēng)機(jī)特性：

軸承：雙微型超細(xì)軸承

額定電壓：DC5 V

工作電壓：4.5 ~ 5 V

電流：0.2 A

風(fēng)量：5 m3/h

轉(zhuǎn)數(shù)：13200 RPM

噪音：18 分貝

水泵接口（待定，使用小電機(jī)替代）：

水泵的工作原理與風(fēng)機(jī)的工作原理一樣，這里不多介紹。

介紹一下水泵特性：

臥式小潛水泵，支持3 V、4.5 V、5 V、6 V 等多種電壓，便于與不同電源設(shè)備匹配。

采用優(yōu)質(zhì)電機(jī)和精密設(shè)計，運(yùn)行時噪音較低，適合需要安靜環(huán)境的場合。

直流電機(jī)具有較高的能效比，能在保證泵水量的同時降低能耗。

體積小、重量輕，便于安裝和維護(hù)。

lfodel 型號

JT-DC3W-3，IT-DC3W-4.5

VoltageScope (DC) 電壓

3 V，4. 5 V

Current(A) 電流

0.12，0.18

Power(W) 功率

0.36，0.91

Jax TaterHead () 揚(yáng)程

0.35，0.55

Max FlowRat e (L/H) 流量

80，100

LED照明燈珠：

與風(fēng)機(jī)水泵的工作方式和控制方式同理。

LED照明燈珠特性：

● 發(fā)光顏色：白色（正自光）

● 正向電流：60 mA

● 透鏡顏色：黃色透鏡

● 色溫：5500 K ~ 6000 K

● 封裝：SMD5730

● 膠體顏色：黃色

● 半功率視角：120

加熱接口：

加熱的工作原理與風(fēng)機(jī)的工作原理一樣，這里不多介紹加熱這個位置可能會用一個打火機(jī)模擬，也有可能我會用幾個電阻作為加熱來靠近溫度傳感器，來實現(xiàn)加熱的工作過程，為了更方便的實現(xiàn)些功能，其實選用電阻來加熱效果還是更好。電壓流過電阻，會產(chǎn)生電流，電流通過導(dǎo)體時會產(chǎn)生熱量。這種熱量可以通過調(diào)整電流的大小和電阻的阻值來控制，非常適合用于需要精確控制溫度的場景。

原因：

根據(jù)使用需求和電源條件，選擇合適的電阻作為加熱裝置，是一個不錯的選擇，安全，方便快速。電阻的功率（W）應(yīng)足夠大，以承受加熱時產(chǎn)生的熱量而不至于過熱燒毀。

連接電路：將電阻與電源和MOS 管的控制電路（使用MSP430G3507 輸出PWM 控制）。根據(jù)溫度傳感器實現(xiàn)溫度控制，目地是將溫度傳感器根據(jù)連接到控制電路中把溫度轉(zhuǎn)成相關(guān)的數(shù)據(jù)傳感給MSP430G3507，經(jīng)過MSP430G3507 編程分析出相對應(yīng)的值，從而實現(xiàn)溫度的控制。

通過使用電阻作為加熱元件，可以更容易地實現(xiàn)加熱過程的精確控制，并與溫度傳感器配合使用，實現(xiàn)閉環(huán)的溫度控制系統(tǒng)。

電源管理

下圖是我選用的電源管理，在這個電源管理電路中，我實現(xiàn)的功能是從寬范圍輸入電壓（4.5V至28V）轉(zhuǎn)換到穩(wěn)定的5V輸出，并把從5V轉(zhuǎn)換到3.3V，是為了滿足不同元件的供電需求，方便更好的實現(xiàn)多模塊工作的需求。

目地

寬電壓的電源輸入4.5V~28V 轉(zhuǎn)5V3A電源設(shè)計，這個就兼容了5V-12V-24V。

選用這種DC電路的設(shè)計，是為了更好的利用對就的資源，合理的使用電源的通用性，這樣轉(zhuǎn)換可以有效地將高于輸出電壓的輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的輸出電壓，并且具有較高的轉(zhuǎn)換效率。

參數(shù)選擇：

輸入電壓范圍：4.5V至28V

輸出電壓：5V

輸出電流：3A

轉(zhuǎn)換效率：盡可能高（以減少熱量產(chǎn)生）

類型：

同步降壓轉(zhuǎn)換器：通常比非同步轉(zhuǎn)換器具有更高的效率。

保護(hù)特性：

過流保護(hù)（OCP）

過熱保護(hù)（OTP）

輸入欠壓鎖定（UVLO）

選用線性穩(wěn)壓器：

從5V轉(zhuǎn)換到3.3V，選擇線性穩(wěn)壓器（LDO）。

線性穩(wěn)壓器簡單且成本低，但效率較低（特別是在輸入輸出壓差較大時）。

參數(shù)選擇：

輸入電壓：5V

輸出電壓：3.3V

輸出電流：1A

目的：

電流需求不高且對效率要求不是非常嚴(yán)格，所以選擇LDO。如果需要高效率且電流需求較高，則選擇降壓型DC-DC 轉(zhuǎn)換器。

型號：TI 的TPS54302D（4.5V-28V轉(zhuǎn)5V3A）安森美的AMS1117-3.3V

存儲器

AT24C02作為一款性能穩(wěn)定、功能豐富的串行EEPROM芯片，憑借其低功耗、長壽命、寬溫度范圍等特點(diǎn)，在嵌入式系統(tǒng)和電子設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。通過合理的引腳配置和I2C 通信協(xié)議的支持，AT24C02能夠輕松實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲和讀取功能。

基本參數(shù)：

存儲容量：2 Kbit，256 個8 位字節(jié)。

工作電壓：范圍廣泛，通常為1.8 V 至5.5 V，這取決于具體型號和應(yīng)用需求。

通信接口：通過I2C（Inter-Integrated Circuit）串行總線接口進(jìn)行操作，支持標(biāo)準(zhǔn)I2C 通信協(xié)議。

存儲速率：兼容400 KHz 的傳輸速率。

特性與功能

低功耗：采用先進(jìn)CMOS 技術(shù)，顯著降低了器件的功耗。

寫保護(hù)功能：具有專門的寫保護(hù)功能，通過WP（Write Protect）引腳控制，當(dāng)WP 引腳連接到Vcc 時，所有內(nèi)容都被寫保護(hù)，只能進(jìn)行讀操作。

頁寫緩沖器：AT24C02 通常配備一個8 字節(jié)（也有資料提到為16 字節(jié)）的頁寫緩沖器，便于批量寫入數(shù)據(jù)。長壽命：可擦寫次數(shù)高達(dá)100 萬次（也有資料提到為1,000,000 次），數(shù)據(jù)保存時間可達(dá)100 年。

寬溫度范圍：工作溫度范圍通常為-40℃ 至+85℃（也有資料提到工業(yè)級為-55℃ 至+125℃，商業(yè)級為0℃至+75℃），貯存溫度范圍更寬。

引腳配置：

AT24C02的引腳配置通常包括：

A0、A1、A2：器件地址選擇引腳，用于在多個器件級聯(lián)時設(shè)置器件地址。

SDA：串行數(shù)據(jù)/ 地址引腳，用于數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。

SCL：串行時鐘引腳，用于產(chǎn)生器件所有數(shù)據(jù)發(fā)送或接收的時鐘。

WP：寫保護(hù)引腳，控制器件的寫保護(hù)功能。

VCC：工作電壓引腳，接入正電源。

GND：接地引腳。

應(yīng)用與操作：

AT24C02 廣泛應(yīng)用于需要存儲少量數(shù)據(jù)的場合，參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)備份等?？梢酝ㄟ^I2C 總線與微控制器等主設(shè)備進(jìn)行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫操作。在操作時，需要注意器件的尋址方式（芯片尋址和片內(nèi)子地址尋址）以及I2C 通信的時序要求。