此子系统演示了如何使用 MSPM0 通过主机从串行外设接口 (SPI)、I2C 或通用异步接收器-发送器 (UART) 发出的通信命令来实现 IO 扩展器功能。当主机上的 GPIO 数量不足时，此扩展很有帮助。除了支持控制 GPIO 输出之外，子系统还可以通过 SPI、I2C 或 UART 回读 GPIO 状态。图 1-1 展示了此例中使用的子系统和模块的基本架构。

图 1-1 子系统功能方框图

表 1-2 具有指向示例代码的链接。在此演示中，IO 控制数限制为 8。但是，用户可以通过参考此演示来进一步扩展 IO。

表 2-1 展示了此应用中所需的外设和功能模块。

此示例与表 1-2 中的器件兼容。相应的 EVM 可用于原型设计。

若要基于 MSPM0 来评估 IO 扩展器，需要以下硬件元件：

• 表 3-1 中所示的 MSPM0 LaunchPad™ 开发套件
• 安装有 Microsoft® Windows® 7 或更高版本和 .NET Framework 4.5 的计算机。（或作为主器件的实际器件）
• USB2ANY 和兼容 GUI

在此子系统中，客户可灵活选择不同的通信接口，包括 I2C、SPI 或 UART。这可充分提高客户系统设计的灵活性。图 4-1 以 LP-MSPM0C1104 为例展示了此设计中的硬件连接。

图 4-1 硬件连接

表 4-1 展示了引脚配置，您还可以根据需要更改配置。SPI 通信配置为三线模式以节省 GPIO 资源。MSPM0L1306 和 MSPM0C1104 的引脚配置相同。

图 5-1 展示了在 CCS 中开发的软件工程。该工程主要由三个部分组成。其他文件是 MSPM0 工程的默认文件。

图 5-1 软件工程视图

ti_msp_dl_config 部分由 SysConfig（图形代码生成工具）生成，而 MSPM0 初始化则用于 MCU 电源、系统控制器、系统时钟、启用的外设和 GPIO 的系统初始化。

expander 部分声明基本变量、GPIO 配置函数和中断函数，expander 还包含一些适用于 SPI、I2C 和 UART 协议的基本函数。

main 部分包含最高系统功能代码，在系统初始化之后，MCU 等待来自主器件的命令并执行相应的 GPIO 操作。

图 5-2 展示了此设计中的主函数代码。主函数初始化系统配置，然后进入循环以处理 IO 控制。代码支持用于 IO 控制的三个函数：gpioDirectionSet、gpioOutputCtl 和 gpioStateRead。另请参阅协议简介。

图 5-2 主函数

默认情况下启用 UART、I2C 和 SPI。对于实际实现，取消注释 expander.h 文件中的定义，如 图 5-3 所示。

图 5-3 通信启用和禁用

所有通信命令接收都在相对中断中完成。使用 UART，命令传输在 gpioStateRead() 函数中完成。对于 SPI 和 I2C，命令传输在相对中断中完成。

本节介绍此演示的支持命令。gpioDirectionSet 函数用于启用或禁用 GPIO 输出。因为 MSPM0 可以同时启用 GPIO 输入和输出，所以 GPIO 输入始终是启用的。然后，方向字节中的每个位都用于启用或禁用 GPIO 输出。1 表示启用 GPIO 输出和输入，而 0 表示仅启用 GPIO 输入。有关受控位和 GPIO 之间的关系，请参阅 表 4-1。

gpioOutputCtl 函数用于控制 GPIO 输出。然后，输出控制字节中的每个位都用于设置 GPIO 输出高电平或输出低电平。1 表示输出高电平，而 0 表示输出低电平。请记住，此函数仅在主器件发送 gpioDirectionSet 函数之后有效。有关受控位和 GPIO 之间的关系，请参阅 表 4-1。

gpioStateRead 函数用于读取 GPIO 状态。主器件需要将此命令发送到辅助器件，然后辅助器件将 GPIO 状态发送回主器件。然后，辅助器件所发送的引脚状态字节中的每个位都用于显示 GPIO 状态。1 表示 GPIO 状态为高电平，而 0 表示 GPIO 状态为低电平。此命令还可用于在主器件发送 gpioOutputCtl 命令之后检查 GPIO 控制是否符合预期。有关受控位和 GPIO 之间的关系，请参阅 表 4-1。

图 5-4 展示了主器件和辅助器件上的命令发送条件，另请参阅 节 7。

图 5-4 命令发送条件

请完成以下步骤来评估该设计：

1. 准备必要资源：

   请按照本文档前面讨论的内容准备相关的硬件资源和软件代码。使用真实主机系统将 PC 替换为 USB2ANY GUI。请注意 MSPM0C1104 的 I2C 设置，因为 PA1 重复用作复位引脚。对于软件，禁用 SysConfig 中的复位功能，对于硬件，移除 J9 连接器以避免下拉电容器影响 I2C 通信。使用额外的上拉电阻器。

2. 选择通信接口：

   通过在 expander.h 中取消不需要的通信功能宏的注释来选择合适的通信接口（UART、SPI 或 I2C），如 图 5-3 中所示。现在，初始化通信接口并在 io_expander.syscfg（如果使用 UART）中设置通信参数，诸如波特率、数据位和停止位。

   确保正确调用 transmitPacket 和 receivePacket 函数，以在通信期间发送和接收数据包，并验证校验和以确保通信正确。

3. 开始使用：

   通过引用 节 5.2 来写入执行 gpioDirectionSet、gpioOutputCtl 和 gpioStateRead 命令的函数。从主机向扩展模块发送相关命令，然后可以验证 GPIO 方向设置、输出值和输入值是否符合预期。

基于 I2C 的协议用法：图 7-1 展示了四种不同命令的用法，包括 GPIO 输出启用命令、GPIO 输出控制命令、GPIO 状态读取请求命令和 GPIO 状态读取响应命令。请注意，回读 GPIO 状态与 GPIO 输出控制命令中的稳定 GPIO 状态相同。

图 7-1 I2C 通信 1

图 7-2 展示了三种不同命令的用法，包括 GPIO 输出启用命令、GPIO 状态读取请求命令和 GPIO 状态读取响应命令。在此测试中，所有 GPIO 都稳定为输入状态。

图 7-2 I2C 通信 2

基于 UART 的协议用法：图 7-1 展示了四种不同命令的用法，包括 GPIO 输出启用命令、GPIO 输出控制命令、GPIO 状态读取请求命令和 GPIO 状态读取响应命令。

图 7-3 UART 通信

基于 SPI 的协议用法：图 7-1 展示了四种不同命令的用法，包括 GPIO 输出启用命令、GPIO 输出控制命令、GPIO 状态读取请求命令和 GPIO 状态读取响应命令。

图 7-4 SPI 通信