第23章 I2C—读写EEPROM—零死角玩转STM32-F429系列

第23章 I2C—读写EEPROM

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本章参考资料：《STM32F4xx 中文参考手册》、《STM32F4xx规格书》、库帮助文档《stm32f4xx_dsp_stdperiph_lib_um.chm》及《I2C总线协议》。

若对I2C通讯协议不了解，可先阅读《I2C总线协议》文档的内容学习。若想了解SMBUS，可阅读《smbus20》文档。

关于EEPROM存储器，请参考"常用存储器介绍"章节，实验中的EEPROM，请参考其规格书《AT24C02》来了解。

23.1 I2C协议简介

I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由Phiilps公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要USART、CAN等通讯协议的外部收发设备，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。

下面我们分别对I2C协议的物理层及协议层进行讲解。

23.1.1 I2C物理层

I2C通讯设备之间的常用连接方式见图 231。

图 231 常见的I2C通讯系统

它的物理层有如下特点：

(1) 它是一个支持多设备的总线。"总线"指多个设备共用的信号线。在一个I2C通讯总线中，可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。

(2) 一个I2C总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。

(3) 每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。

(4) 总线通过上拉电阻接到电源。当I2C设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。

(5) 多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。

(6) 具有三种传输模式：标准模式传输速率为100kbit/s ，快速模式为400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多I²C设备尚不支持高速模式。

(7) 连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制。

23.1.2 协议层

I2C的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。

1. I2C基本读写过程

先看看I2C通讯过程的基本结构，它的通讯过程见图 232、图 233及图 234。

图 232 主机写数据到从机

图 233 主机由从机中读数据

图 234 I2C通讯复合格式

图例：数据由主机传输至从机 S ：传输开始信号

SLAVE_ADDRESS: 从机地址

数据由从机传输至主机 R/：传输方向选择位，1为读，0为写

A/ ：应答(ACK)或非应答(NACK)信号

P ：停止传输信号

这些图表示的是主机和从机通讯时，SDA线的数据包序列。

其中S表示由主机的I2C接口产生的传输起始信号(S)，这时连接到I2C总线上的所有从机都会接收到这个信号。

起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播的从机地址信号 (SLAVE_ADDRESS)。在I2C总线上，每个设备的地址都是唯一的，当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。根据I2C协议，这个从机地址可以是7位或10位。

在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为0时，表示后面的数据传输方向是由主机传输至从机，即主机向从机写数据。该位为1时，则相反，即主机由从机读数据。

从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

若配置的方向传输位为"写数据"方向，即第一幅图的情况，广播完地址，接收到应答信号后，主机开始正式向从机传输数据(DATA)，数据包的大小为8位，主机每发送完一个字节数据，都要等待从机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以向从机传输N个数据，这个N没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号(P)，表示不再传输数据。

若配置的方向传输位为"读数据"方向，即第二幅图的情况，广播完地址，接收到应答信号后，从机开始向主机返回数据(DATA)，数据包大小也为8位，从机每发送完一个数据，都会等待主机的应答信号(ACK)，重复这个过程，可以返回N个数据，这个N也没有大小限制。当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号(NACK)，则从机自动停止数据传输。

除了基本的读写，I2C通讯更常用的是复合格式，即第三幅图的情况，该传输过程有两次起始信号(S)。一般在第一次传输中，主机通过 SLAVE_ADDRESS寻找到从设备后，发送一段"数据"，这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址(注意区分它与SLAVE_ADDRESS的区别)；在第二次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是说，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次则是读写的实际内容。

以上通讯流程中包含的各个信号分解如下：

1. 通讯的起始和停止信号

前文中提到的起始(S)和停止(P)信号是两种特殊的状态，见图 235。当 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。当 SCL 是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。起始和停止信号一般由主机产生。

图 235 起始和停止信号

2. 数据有效性

I2C使用SDA信号线来传输数据，使用SCL信号线进行数据同步。见图 236。SDA数据线在SCL的每个时钟周期传输一位数据。传输时，SCL为高电平的时候SDA表示的数据有效，即此时的SDA为高电平时表示数据"1"，为低电平时表示数据"0"。当SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。

图 236 数据有效性

每次数据传输都以字节为单位，每次传输的字节数不受限制。

3. 地址及数据方向

I2C总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过SDA信号线发送设备地址(SLAVE_ADDRESS)来查找从机。I2C协议规定设备地址可以是7位或10位，实际中7位的地址应用比较广泛。紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，它是数据方向位(R/)，第8位或第11位。数据方向位为"1"时表示主机由从机读数据，该位为"0"时表示主机向从机写数据。见图 237。

图 237 设备地址(7位)及数据传输方向

读数据方向时，主机会释放对SDA信号线的控制，由从机控制SDA信号线，主机接收信号，写数据方向时，SDA由主机控制，从机接收信号。

4. 响应

I2C的数据和地址传输都带响应。响应包括"应答(ACK)"和"非应答(NACK)"两种信号。作为数据接收端时，当设备(无论主从机)接收到I2C传输的一个字节数据或地址后，若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送"应答(ACK)"信号，发送方会继续发送下一个数据；若接收端希望结束数据传输，则向对方发送"非应答(NACK)"信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。见图 238。

图 238 响应与非响应信号

传输时主机产生时钟，在第9个时钟时，数据发送端会释放SDA的控制权，由数据接收端控制SDA，若SDA为高电平，表示非应答信号(NACK)，低电平表示应答信号(ACK)。

23.2 STM32的I2C特性及架构

如果我们直接控制STM32的两个GPIO引脚，分别用作SCL及SDA，按照上述信号的时序要求，直接像控制LED灯那样控制引脚的输出(若是接收数据时则读取SDA电平)，就可以实现I2C通讯。同样，假如我们按照USART的要求去控制引脚，也能实现USART通讯。所以只要遵守协议，就是标准的通讯，不管您如何实现它，不管是ST生产的控制器还是ATMEL生产的存储器，都能按通讯标准交互。

由于直接控制GPIO引脚电平产生通讯时序时，需要由CPU控制每个时刻的引脚状态，所以称之为"软件模拟协议"方式。

相对地，还有"硬件协议"方式，STM32的I2C片上外设专门负责实现I2C通讯协议，只要配置好该外设，它就会自动根据协议要求产生通讯信号，收发数据并缓存起来，CPU只要检测该外设的状态和访问数据寄存器，就能完成数据收发。这种由硬件外设处理I2C协议的方式减轻了CPU的工作，且使软件设计更加简单。

23.2.1 STM32的I²C外设简介

STM32的I2C外设可用作通讯的主机及从机，支持100Kbit/s和400Kbit/s的速率，支持7位、10位设备地址，支持DMA数据传输，并具有数据校验功能。它的I2C外设还支持SMBus2.0协议，SMBus协议与I2C类似，主要应用于笔记本电脑的电池管理中，本教程不展开，感兴趣的读者可参考《SMBus20》文档了解。

23.2.2 STM32的I²C架构剖析

图 239 I2C架构图

1. 通讯引脚

I²C的所有硬件架构都是根据图中左侧SCL线和SDA线展开的(其中的SMBA线用于SMBUS的警告信号，I2C通讯没有使用)。STM32芯片有多个I2C外设，它们的I2C通讯信号引出到不同的GPIO引脚上，使用时必须配置到这些指定的引脚，见表 231。关于GPIO引脚的复用功能，可查阅《STM32F4xx规格书》，以它为准。

表 231 STM32F4xx的I2C引脚(整理自《STM32F4xx规格书》)

引脚	I2C编号
引脚	I2C1	I2C2	I2C3
SCL	PB6/PB10	PH4/PF1/PB10	PH7/PA8
SDA	PB7/PB9	PH5/PF0/PB11	PH8/PC9

2. 时钟控制逻辑

SCL线的时钟信号，由I²C接口根据时钟控制寄存器(CCR)控制，控制的参数主要为时钟频率。配置I2C的CCR寄存器可修改通讯速率相关的参数：

 可选择I2C通讯的"标准/快速"模式，这两个模式分别I2C对应100/400Kbit/s的通讯速率。

 在快速模式下可选择SCL时钟的占空比，可选T_low/T_high=2或T_low/T_high=16/9模式，我们知道I2C协议在SCL高电平时对SDA信号采样，SCL低电平时SDA准备下一个数据，修改SCL的高低电平比会影响数据采样，但其实这两个模式的比例差别并不大，若不是要求非常严格，这里随便选就可以了。

 CCR寄存器中还有一个12位的配置因子CCR，它与I2C外设的输入时钟源共同作用，产生SCL时钟，STM32的I2C外设都挂载在APB1总线上，使用APB1的时钟源PCLK1，SCL信号线的输出时钟公式如下：

标准模式：

T_high=CCR*T_PCKL1 T_low= CCR*T_PCLK1

快速模式中T_low/T_high=2时：

T_high = CCR*T_PCKL1 T_low = 2*CCR*T_PCKL1

快速模式中T_low/T_high=16/9时：

T_high = 9*CCR*T_PCKL1 T_low = 16*CCR*T_PCKL1

例如，我们的PCLK1=45MHz，想要配置400Kbit/s的速率，计算方式如下：

PCLK时钟周期： TPCLK1 = 1/45000000

目标SCL时钟周期： TSCL = 1/400000

SCL时钟周期内的高电平时间： THIGH = TSCL/3

SCL时钟周期内的低电平时间： TLOW = 2*TSCL/3

计算CCR的值： CCR = THIGH/TPCLK1 = 37.5

计算结果为小数，而CCR寄存器是无法配置小数参数的，所以我们只能把CCR取值为38，这样I2C的SCL实际频率无法达到400KHz (约为394736Hz)。要想它实际频率达到400KHz，需要修改STM32的系统时钟，把PCLK1时钟频率改成10的倍数才可以，但修改PCKL时钟影响很多外设，所以一般我们不会修改它。SCL的实际频率不达到400KHz，除了通讯稍慢一点以外，不会对I2C的标准通讯造成其它影响

3. 数据控制逻辑

I2C的SDA信号主要连接到数据移位寄存器上，数据移位寄存器的数据来源及目标是数据寄存器(DR)、地址寄存器(OAR)、PEC寄存器以及SDA数据线。当向外发送数据的时候，数据移位寄存器以"数据寄存器"为数据源，把数据一位一位地通过SDA信号线发送出去；当从外部接收数据的时候，数据移位寄存器把SDA信号线采样到的数据一位一位地存储到"数据寄存器"中。若使能了数据校验，接收到的数据会经过PCE计算器运算，运算结果存储在"PEC寄存器"中。当STM32的I2C工作在从机模式的时候，接收到设备地址信号时，数据移位寄存器会把接收到的地址与STM32的自身的"I2C地址寄存器"的值作比较，以便响应主机的寻址。STM32的自身I2C地址可通过修改"自身地址寄存器"修改，支持同时使用两个I2C设备地址，两个地址分别存储在OAR1和OAR2中。

4. 整体控制逻辑

整体控制逻辑负责协调整个I2C外设，控制逻辑的工作模式根据我们配置的"控制寄存器(CR1/CR2)"的参数而改变。在外设工作时，控制逻辑会根据外设的工作状态修改"状态寄存器(SR1和SR2)"，我们只要读取这些寄存器相关的寄存器位，就可以了解I2C的工作状态了。除此之外，控制逻辑还根据要求，负责控制产生I2C中断信号、DMA请求及各种I2C的通讯信号(起始、停止、响应信号等)。

23.2.3 通讯过程

使用I2C外设通讯时，在通讯的不同阶段它会对"状态寄存器(SR1及SR2)"的不同数据位写入参数，我们通过读取这些寄存器标志来了解通讯状态。

1. 主发送器

见图 2310。图中的是"主发送器"流程，即作为I2C通讯的主机端时，向外发送数据时的过程。

图 2310 主发送器通讯过程

主发送器发送流程及事件说明如下：

(1) 控制产生起始信号(S)，当发生起始信号后，它产生事件"EV5"，并会对SR1寄存器的"SB"位置1，表示起始信号已经发送；

(2) 紧接着发送设备地址并等待应答信号，若有从机应答，则产生事件"EV6"及"EV8"，这时SR1寄存器的"ADDR"位及"TXE"位被置1，ADDR 为1表示地址已经发送，TXE为1表示数据寄存器为空；

(3) 以上步骤正常执行并对ADDR位清零后，我们往I2C的"数据寄存器DR"写入要发送的数据，这时TXE位会被重置0，表示数据寄存器非空，I2C外设通过SDA信号线一位位把数据发送出去后，又会产生"EV8"事件，即TXE位被置1，重复这个过程，就可以发送多个字节数据了；

(4) 当我们发送数据完成后，控制I2C设备产生一个停止信号(P)，这个时候会产生EV2事件，SR1的TXE位及BTF位都被置1，表示通讯结束。

假如我们使能了I2C中断，以上所有事件产生时，都会产生I2C中断信号，进入同一个中断服务函数，到I2C中断服务程序后，再通过检查寄存器位来了解是哪一个事件。

2. 主接收器

再来分析主接收器过程，即作为I2C通讯的主机端时，从外部接收数据的过程，见图 2311。

图 2311 主接收器过程

主接收器接收流程及事件说明如下：

(1) 同主发送流程，起始信号(S)是由主机端产生的，控制发生起始信号后，它产生事件"EV5"，并会对SR1寄存器的"SB"位置1，表示起始信号已经发送；

(2) 紧接着发送设备地址并等待应答信号，若有从机应答，则产生事件"EV6"这时SR1寄存器的"ADDR"位被置1，表示地址已经发送。

(3) 从机端接收到地址后，开始向主机端发送数据。当主机接收到这些数据后，会产生"EV7"事件，SR1寄存器的RXNE被置1，表示接收数据寄存器非空，我们读取该寄存器后，可对数据寄存器清空，以便接收下一次数据。此时我们可以控制I2C发送应答信号(ACK)或非应答信号(NACK)，若应答，则重复以上步骤接收数据，若非应答，则停止传输；

(4) 发送非应答信号后，产生停止信号(P)，结束传输。

在发送和接收过程中，有的事件不只是标志了我们上面提到的状态位，还可能同时标志主机状态之类的状态位，而且读了之后还需要清除标志位，比较复杂。我们可使用STM32标准库函数来直接检测这些事件的复合标志，降低编程难度。

23.3 I2C初始化结构体详解

跟其它外设一样，STM32标准库提供了I2C初始化结构体及初始化函数来配置I2C外设。初始化结构体及函数定义在库文件"stm32f4xx_i2c.h"及"stm32f4xx_i2c.c"中，编程时我们可以结合这两个文件内的注释使用或参考库帮助文档。了解初始化结构体后我们就能对I2C外设运用自如了，见代码清单 231。

代码清单 231 I2C初始化结构体

1 typedef struct {

2 uint32_t I2C_ClockSpeed; /*!< 设置SCL时钟频率，此值要低于40 0000*/

3 uint16_t I2C_Mode; /*!< 指定工作模式，可选I2C模式及SMBUS模式 */

4 uint16_t I2C_DutyCycle; /*指定时钟占空比，可选low/high = 2:1及16:9模式*/

5 uint16_t I2C_OwnAddress1; /*!< 指定自身的I2C设备地址 */

6 uint16_t I2C_Ack; /*!< 使能或关闭响应(一般都要使能) */

7 uint16_t I2C_AcknowledgedAddress; /*!< 指定地址的长度，可为7位及10位 */

8 } I2C_InitTypeDef;

这些结构体成员说明如下，其中括号内的文字是对应参数在STM32标准库中定义的宏：

(1) I2C_ClockSpeed

本成员设置的是I2C的传输速率，在调用初始化函数时，函数会根据我们输入的数值经过运算后把时钟因子写入到I2C的时钟控制寄存器CCR。而我们写入的这个参数值不得高于400KHz。实际上由于CCR寄存器不能写入小数类型的时钟因子，影响到SCL的实际频率可能会低于本成员设置的参数值，这时除了通讯稍慢一点以外，不会对I2C的标准通讯造成其它影响。

(2) I2C_Mode

本成员是选择I²C的使用方式，有I²C模式(I2C_Mode_I2C )和SMBus主、从模式(I2C_Mode_SMBusHost、 I2C_Mode_SMBusDevice ) 。I2C不需要在此处区分主从模式，直接设置I2C_Mode_I2C即可。

(3) I2C_DutyCycle

本成员设置的是I²C的SCL线时钟的占空比。该配置有两个选择，分别为低电平时间比高电平时间为2：1 ( I2C_DutyCycle_2)和16：9 (I2C_DutyCycle_16_9)。其实这两个模式的比例差别并不大，一般要求都不会如此严格，这里随便选就可以了。

(4) I2C_OwnAddress1

本成员配置的是STM32的I2C设备自己的地址，每个连接到I2C总线上的设备都要有一个自己的地址，作为主机也不例外。地址可设置为7位或10位(受下面I2C_AcknowledgeAddress成员决定)，只要该地址是I2C总线上唯一的即可。

STM32的I2C外设可同时使用两个地址，即同时对两个地址作出响应，这个结构成员I2C_OwnAddress1配置的是默认的、OAR1寄存器存储的地址，若需要设置第二个地址寄存器OAR2，可使用I2C_OwnAddress2Config函数来配置，OAR2不支持10位地址。

(5) I2C_Ack_Enable

本成员是关于I²C应答设置，设置为使能则可以发送响应信号。该成员值一般配置为允许应答(I2C_Ack_Enable)，这是绝大多数遵循I²C标准的设备的通讯要求，改为禁止应答(I2C_Ack_Disable)往往会导致通讯错误。

(6) I2C_AcknowledgeAddress

本成员选择I2C的寻址模式是7位还是10位地址。这需要根据实际连接到I2C总线上设备的地址进行选择，这个成员的配置也影响到I2C_OwnAddress1成员，只有这里设置成10位模式时，I2C_OwnAddress1才支持10位地址。

配置完这些结构体成员值，调用库函数I2C_Init即可把结构体的配置写入到寄存器中。

23.4 I2C—读写EEPROM实验

EEPROM是一种掉电后数据不丢失的存储器，常用来存储一些配置信息，以便系统重新上电的时候加载之。EEPOM芯片最常用的通讯方式就是I²C协议，本小节以EEPROM的读写实验为大家讲解STM32的I²C使用方法。实验中STM32的I2C外设采用主模式，分别用作主发送器和主接收器，通过查询事件的方式来确保正常通讯。

23.4.1 硬件设计

图 2312 EEPROM硬件连接图

本实验板中的EEPROM芯片(型号：AT24C02)的SCL及SDA引脚连接到了STM32对应的I2C引脚中，结合上拉电阻，构成了I2C通讯总线，它们通过I2C总线交互。EEPROM芯片的设备地址一共有7位，其中高4位固定为：1010 b，低3位则由A0/A1/A2信号线的电平决定，见图 2313，图中的R/W是读写方向位，与地址无关。

图 2313 EEPROM设备地址(摘自《AT24C02》规格书)

按照我们此处的连接，A0/A1/A2均为0，所以EEPROM的7位设备地址是：101 0000b ，即0x50。由于I2C通讯时常常是地址跟读写方向连在一起构成一个8位数，且当R/W位为0时，表示写方向，所以加上7位地址，其值为"0xA0"，常称该值为I2C设备的"写地址"；当R/W位为1时，表示读方向，加上7位地址，其值为"0xA1"，常称该值为"读地址"。

EEPROM芯片中还有一个WP引脚，具有写保护功能，当该引脚电平为高时，禁止写入数据，当引脚为低电平时，可写入数据，我们直接接地，不使用写保护功能。

关于EEPROM的更多信息，可参考其数据手册《AT24C02》来了解。若您使用的实验板EEPROM的型号、设备地址或控制引脚不一样，只需根据我们的工程修改即可，程序的控制原理相同。

23.4.2 软件设计

为了使工程更加有条理，我们把读写EEPROM相关的代码独立分开存储，方便以后移植。在"工程模板"之上新建"bsp_i2c_ee.c"及"bsp_i2c_ee.h"文件，这些文件也可根据您的喜好命名，它们不属于STM32标准库的内容，是由我们自己根据应用需要编写的。

1. 编程要点

(1) 配置通讯使用的目标引脚为开漏模式；

(2) 使能I2C外设的时钟；

(3) 配置I2C外设的模式、地址、速率等参数并使能I2C外设；

(4) 编写基本I2C按字节收发的函数；

(5) 编写读写EEPROM存储内容的函数；

(6) 编写测试程序，对读写数据进行校验。

2. 代码分析

I2C硬件相关宏定义

我们把I2C硬件相关的配置都以宏的形式定义到"bsp_i2c_ee.h"文件中，见代码清单 232。

代码清单 232 I2C硬件配置相关的宏

2 /* STM32 I2C 速率 */

3 #define I2C_Speed 400000

5 /* STM32自身的I2C地址，这个地址只要与STM32外挂的I2C器件地址不一样即可 */

6 #define I2C_OWN_ADDRESS7 0X0A

8 /*I2C接口*/

9 #define EEPROM_I2C I2C1

10 #define EEPROM_I2C_CLK RCC_APB1Periph_I2C1

12 #define EEPROM_I2C_SCL_PIN GPIO_Pin_6

13 #define EEPROM_I2C_SCL_GPIO_PORT GPIOB

14 #define EEPROM_I2C_SCL_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB

15 #define EEPROM_I2C_SCL_SOURCE GPIO_PinSource6

16 #define EEPROM_I2C_SCL_AF GPIO_AF_I2C1

18 #define EEPROM_I2C_SDA_PIN GPIO_Pin_7

19 #define EEPROM_I2C_SDA_GPIO_PORT GPIOB

20 #define EEPROM_I2C_SDA_GPIO_CLK RCC_AHB1Periph_GPIOB

21 #define EEPROM_I2C_SDA_SOURCE GPIO_PinSource7

22 #define EEPROM_I2C_SDA_AF GPIO_AF_I2C1

以上代码根据硬件连接，把与EEPROM通讯使用的I2C号、引脚号、引脚源以及复用功能映射都以宏封装起来，并且定义了自身的I2C地址及通讯速率，以便配置模式的时候使用。

初始化I2C的 GPIO

利用上面的宏，编写I2C GPIO引脚的初始化函数，见代码清单 122。

代码清单 233 I2C初始化函数

2 /**

3 * @brief I2C1 I/O配置

4 * @param 无

5 * @retval 无

6 */

7 static void I2C_GPIO_Config(void)

8 {

9 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

11 /*使能I2C外设时钟 */

12 RCC_APB1PeriphClockCmd(EEPROM_I2C_CLK, ENABLE);

14 /*使能I2C引脚的GPIO时钟*/

15 RCC_AHB1PeriphClockCmd(EEPROM_I2C_SCL_GPIO_CLK |

16 EEPROM_I2C_SDA_GPIO_CLK, ENABLE);

18 /* 连接引脚源 PXx 到 I2C_SCL*/

19 GPIO_PinAFConfig(EEPROM_I2C_SCL_GPIO_PORT, EEPROM_I2C_SCL_SOURCE,

20 EEPROM_I2C_SCL_AF);

21 /* 连接引脚源 PXx 到 to I2C_SDA*/

22 GPIO_PinAFConfig(EEPROM_I2C_SDA_GPIO_PORT, EEPROM_I2C_SDA_SOURCE,

23 EEPROM_I2C_SDA_AF);

25 /*配置 SCL引脚 */

26 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = EEPROM_I2C_SCL_PIN;

27 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

28 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

29 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;

30 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;

31 GPIO_Init(EEPROM_I2C_SCL_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

33 /*配置 SDA引脚 */

34 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = EEPROM_I2C_SDA_PIN;

35 GPIO_Init(EEPROM_I2C_SDA_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

36 }

同为外设使用的GPIO引脚初始化，初始化的流程与"串口初始化函数"章节中的类似，主要区别是引脚的模式。函数执行流程如下：

(1) 使用GPIO_InitTypeDef定义GPIO初始化结构体变量，以便下面用于存储GPIO配置；

(2) 调用库函数RCC_APB1PeriphClockCmd使能I2C外设时钟，调用RCC_AHB1PeriphClockCmd来使能I2C引脚使用的GPIO端口时钟，调用时我们使用"|"操作同时配置两个引脚。

(3) 向GPIO初始化结构体赋值，把引脚初始化成复用开漏模式，要注意I2C的引脚必须使用这种模式。

(4) 使用以上初始化结构体的配置，调用GPIO_Init函数向寄存器写入参数，完成GPIO的初始化。

配置I2C的模式

以上只是配置了I2C使用的引脚，还不算对I2C模式的配置，见代码清单 234。

代码清单 234 配置I2C模式

2 /**

3 * @brief I2C 工作模式配置

4 * @param 无

5 * @retval 无

6 */

7 static void I2C_Mode_Config(void)

8 {

9 I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;

11 /* I2C 配置 */

12 /*I2C模式*/

13 I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;

14 /*占空比*/

15 I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;

16 /*I2C自身地址*/

17 I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 =I2C_OWN_ADDRESS7;

18 /*使能响应*/

19 I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable ;

20 /* I2C的寻址模式 */

21 I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;

22 /* 通信速率 */

23 I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = I2C_Speed;

24 /*写入配置*/

25 I2C_Init(EEPROM_I2C, &I2C_InitStructure);

26 /* 使能 I2C */

27 I2C_Cmd(EEPROM_I2C, ENABLE);

28 }

30 /**

31 * @brief I2C 外设初始化

32 * @param 无

33 * @retval 无

34 */

35 void I2C_EE_Init(void)

36 {

37 I2C_GPIO_Config();

39 I2C_Mode_Config();

40 }

熟悉STM32 I2C结构的话，这段初始化程序就十分好理解了，它把I2C外设通讯时钟SCL的低/高电平比设置为2，使能响应功能，使用7位地址I2C_OWN_ADDRESS7以及速率配置为I2C_Speed(前面在bsp_i2c_ee.h定义的宏)。最后调用库函数I2C_Init把这些配置写入寄存器，并调用I2C_Cmd函数使能外设。

为方便调用，我们把I2C的GPIO及模式配置都用I2C_EE_Init函数封装起来。

向EEPROM写入一个字节的数据

初始化好I2C外设后，就可以使用I2C通讯了，我们看看如何向EEPROM写入一个字节的数据，见代码清单 235。

代码清单 235 向EEPROM写入一个字节的数据

2 /***************************************************************/

3 /*通讯等待超时时间*/

4 #define I2CT_FLAG_TIMEOUT ((uint32_t)0x1000)

5 #define I2CT_LONG_TIMEOUT ((uint32_t)(10 * I2CT_FLAG_TIMEOUT))

7 /**

8 * @brief I2C等待事件超时的情况下会调用这个函数来处理

9 * @param errorCode：错误代码，可以用来定位是哪个环节出错.

10 * @retval 返回0，表示IIC读取失败.

11 */

12 static uint32_t I2C_TIMEOUT_UserCallback(uint8_t errorCode)

13 {

14 /* 使用串口printf输出错误信息，方便调试 */

15 EEPROM_ERROR("I2C 等待超时!errorCode = %d",errorCode);

16 return 0;

17 }

18 /**

19 * @brief 写一个字节到I2C EEPROM中

20 * @param pBuffer:缓冲区指针

21 * @param WriteAddr:写地址

22 * @retval 正常返回1，异常返回0

23 */

24 uint32_t I2C_EE_ByteWrite(u8* pBuffer, u8 WriteAddr)

25 {

26 /* 产生I2C起始信号 */

27 I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C, ENABLE);

29 /*设置超时等待时间*/

30 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

31 /* 检测 EV5 事件并清除标志*/

32 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))

33 {

34 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(0);

35 }

37 /* 发送EEPROM设备地址 */

38 I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C, EEPROM_ADDRESS,

39 I2C_Direction_Transmitter);

41 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

42 /* 检测 EV6 事件并清除标志*/

43 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,

44 I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))

45 {

46 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(1);

47 }

49 /* 发送要写入的EEPROM内部地址(即EEPROM内部存储器的地址) */

50 I2C_SendData(EEPROM_I2C, WriteAddr);

52 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

53 /* 检测 EV8 事件并清除标志*/

54 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,

55 I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))

56 {

57 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(2);

58 }

59 /* 发送一字节要写入的数据 */

60 I2C_SendData(EEPROM_I2C, *pBuffer);

62 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

63 /* 检测 EV8 事件并清除标志*/

64 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,

65 I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))

66 {

67 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(3);

68 }

70 /* 发送停止信号 */

71 I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C, ENABLE);

73 return 1;

74 }

先来分析I2C_TIMEOUT_UserCallback函数，它的函数体里只调用了宏EEPROM_ERROR，这个宏封装了printf函数，方便使用串口向上位机打印调试信息。在I2C通讯的很多过程，都需要检测事件，当检测到某事件后才能继续下一步的操作，但有时通讯错误或者I2C总线被占用，我们不能无休止地等待下去，所以我们设定每个事件检测都有等待的时间上限，若超过这个时间，我们就调用I2C_TIMEOUT_UserCallback函数输出调试信息(或可以自己加其它操作)，并终止I2C通讯。

了解了这个机制，再来分析I2C_EE_ByteWrite函数，这个函数实现了前面讲的I2C主发送器通讯流程：

(1) 使用库函数I2C_GenerateSTART产生I2C起始信号，其中的EEPROM_I2C宏是前面硬件定义相关的I2C编号；

(2) 对I2CTimeout变量赋值为宏I2CT_FLAG_TIMEOUT，这个I2CTimeout变量在下面的while循环中每次循环减1，该循环通过调用库函数I2C_CheckEvent检测事件，若检测到事件，则进入通讯的下一阶段，若未检测到事件则停留在此处一直检测，当检测I2CT_FLAG_TIMEOUT次都还没等待到事件则认为通讯失败，调用前面的I2C_TIMEOUT_UserCallback输出调试信息，并退出通讯；

(3) 调用库函数I2C_Send7bitAddress发送EEPROM的设备地址，并把数据传输方向设置为I2C_Direction_Transmitter(即发送方向)，这个数据传输方向就是通过设置I2C通讯中紧跟地址后面的R/W位实现的。发送地址后以同样的方式检测EV6标志；

(4) 调用库函数I2C_SendData向EEPROM发送要写入的内部地址，该地址是I2C_EE_ByteWrite函数的输入参数，发送完毕后等待EV8事件。要注意这个内部地址跟上面的EEPROM地址不一样，上面的是指I2C总线设备的独立地址，而此处的内部地址是指EEPROM内数据组织的地址，也可理解为EEPROM内存的地址或I2C设备的寄存器地址；

(5) 调用库函数I2C_SendData向EEPROM发送要写入的数据，该数据是I2C_EE_ByteWrite函数的输入参数，发送完毕后等待EV8事件；

(6) 一个I2C通讯过程完毕，调用I2C_GenerateSTOP发送停止信号。

在这个通讯过程中，STM32实际上通过I2C向EEPROM发送了两个数据，但为何第一个数据被解释为EEPROM的内存地址？这是由EEPROM的自己定义的单字节写入时序，见图 2314。

图 2314 EEPROM单字节写入时序(摘自《AT24C02》规格书)

EEPROM的单字节时序规定，向它写入数据的时候，第一个字节为内存地址，第二个字节是要写入的数据内容。所以我们需要理解：命令、地址的本质都是数据，对数据的解释不同，它就有了不同的功能。

多字节写入及状态等待

单字节写入通讯结束后，EEPROM芯片会根据这个通讯结果擦写该内存地址的内容，这需要一段时间，所以我们在多次写入数据时，要先等待EEPROM内部擦写完毕。多个数据写入过程见代码清单 236。

代码清单 236 多字节写入

1 /**

2 * @brief 将缓冲区中的数据写到I2C EEPROM中，采用单字节写入的方式，

3 速度比页写入慢

4 * @param pBuffer:缓冲区指针

5 * @param WriteAddr:写地址

6 * @param NumByteToWrite:写的字节数

7 * @retval 无

8 */

9 uint8_t I2C_EE_ByetsWrite(uint8_t* pBuffer,uint8_t WriteAddr,

10 uint16_t NumByteToWrite)

11 {

12 uint16_t i;

13 uint8_t res;

15 /*每写一个字节调用一次I2C_EE_ByteWrite函数*/

16 for (i=0; i<NumByteToWrite; i++)

17 {

18 /*等待EEPROM准备完毕*/

19 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();

20 /*按字节写入数据*/

21 res = I2C_EE_ByteWrite(pBuffer++,WriteAddr++);

22 }

23 return res;

24 }

这段代码比较简单，直接使用for循环调用前面定义的I2C_EE_ByteWrite函数一个字节一个字节地向EEPROM发送要写入的数据。在每次数据写入通讯前调用了I2C_EE_WaitEepromStandbyState函数等待EEPROM内部擦写完毕，该函数的定义见代码清单 237。

代码清单 237 等待EEPROM处于准备状态

1 //等待Standby状态的最大次数

2 #define MAX_TRIAL_NUMBER 300

3 /**

4 * @brief 等待EEPROM到准备状态

5 * @param 无

6 * @retval 正常返回1，异常返回0

7 */

8 static uint8_t I2C_EE_WaitEepromStandbyState(void)

9 {

10 __IO uint16_t tmpSR1 = 0;

11 __IO uint32_t EETrials = 0;

13 /*总线忙时等待 */

14 I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;

15 while (I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2C, I2C_FLAG_BUSY))

16 {

17 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(20);

18 }

20 /* 等待从机应答，最多等待300次 */

21 while (1)

22 {

23 /*开始信号 */

24 I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C, ENABLE);

26 /* 检测 EV5 事件并清除标志*/

27 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

28 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))

29 {

30 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(21);

31 }

33 /* 发送EEPROM设备地址 */

34 I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C,EEPROM_ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);

36 /* 等待ADDR标志 */

37 I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;

38 do

39 {

40 /* 获取SR1寄存器状态 */

41 tmpSR1 = EEPROM_I2C->SR1;

43 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(22);

44 }

45 /* 一直等待直到addr及af标志为1 */

46 while ((tmpSR1 & (I2C_SR1_ADDR | I2C_SR1_AF)) == 0);

48 /*检查addr标志是否为1 */

49 if (tmpSR1 & I2C_SR1_ADDR)

50 {

51 /* 清除addr标志该标志通过读SR1及SR2清除 */

52 (void)EEPROM_I2C->SR2;

54 /*产生停止信号 */

55 I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C, ENABLE);

57 /* 退出函数 */

58 return 1;

59 }

60 else

61 {

62 /*清除af标志 */

63 I2C_ClearFlag(EEPROM_I2C, I2C_FLAG_AF);

64 }

66 /*检查等待次数*/

67 if (EETrials++ == MAX_TRIAL_NUMBER)

68 {

69 /* 等待MAX_TRIAL_NUMBER次都还没准备好，退出等待 */

70 return I2C_TIMEOUT_UserCallback(23);

71 }

72 }

73 }

这个函数主要实现是向EEPROM发送它设备地址，检测EEPROM的响应，若EEPROM接收到地址后返回应答信号，则表示EEPROM已经准备好，可以开始下一次通讯。函数中检测响应是通过读取STM32的SR1寄存器的ADDR位及AF位来实现的，当I2C设备响应了地址的时候，ADDR会置1，若应答失败，AF位会置1。

EEPROM的页写入

在以上的数据通讯中，每写入一个数据都需要向EEPROM发送写入的地址，我们希望向连续地址写入多个数据的时候，只要告诉EEPROM第一个内存地址address1，后面的数据按次序写入到address2、address3… 这样可以节省通讯的内容，加快速度。为应对这种需求，EEPROM定义了一种页写入时序，见图 2315。

图 2315 EEPROM页写入时序(摘自《AT24C02》规格书)

根据页写入时序，第一个数据被解释为要写入的内存地址address1，后续可连续发送n个数据，这些数据会依次写入到内存中。其中AT24C02型号的芯片页写入时序最多可以一次发送8个数据(即n = 8 )，该值也称为页大小，某些型号的芯片每个页写入时序最多可传输16个数据。EEPROM的页写入代码实现见代码清单 238。

代码清单 238 EEPROM的页写入

2 /**

3 * @brief 在EEPROM的一个写循环中可以写多个字节，但一次写入的字节数

4 * 不能超过EEPROM页的大小，AT24C02每页有8个字节

5 * @param

6 * @param pBuffer:缓冲区指针

7 * @param WriteAddr:写地址

8 * @param NumByteToWrite:要写的字节数要求NumByToWrite小于页大小

9 * @retval 正常返回1，异常返回0

10 */

11 uint8_t I2C_EE_PageWrite(uint8_t* pBuffer, uint8_t WriteAddr,

12 uint8_t NumByteToWrite)

13 {

14 I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;

16 while (I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2C, I2C_FLAG_BUSY))

17 {

18 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(4);

19 }

21 /* 产生I2C起始信号 */

22 I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C, ENABLE);

24 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

26 /* 检测 EV5 事件并清除标志 */

27 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))

28 {

29 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(5);

30 }

32 /* 发送EEPROM设备地址 */

33 I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C,EEPROM_ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);

35 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

37 /* 检测 EV6 事件并清除标志*/

38 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,

39 I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))

40 {

41 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(6);

42 }

43 /* 发送要写入的EEPROM内部地址(即EEPROM内部存储器的地址) */

44 I2C_SendData(EEPROM_I2C, WriteAddr);

46 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

48 /* 检测 EV8 事件并清除标志*/

49 while (! I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))

50 {

51 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(7);

52 }

53 /* 循环发送NumByteToWrite个数据 */

54 while (NumByteToWrite--)

55 {

56 /* 发送缓冲区中的数据 */

57 I2C_SendData(EEPROM_I2C, *pBuffer);

59 /* 指向缓冲区中的下一个数据 */

60 pBuffer++;

62 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

64 /* 检测 EV8 事件并清除标志*/

65 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))

66 {

67 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(8);

68 }

69 }

70 /* 发送停止信号 */

71 I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C, ENABLE);

72 return 1;

73 }

这段页写入函数主体跟单字节写入函数是一样的，只是它在发送数据的时候，使用for循环控制发送多个数据，发送完多个数据后才产生I2C停止信号，只要每次传输的数据小于等于EEPROM时序规定的页大小，就能正常传输。

快速写入多字节

利用EEPROM的页写入方式，可以改进前面的"多字节写入"函数，加快传输速度，见代码清单 239。

代码清单 239 快速写入多字节函数

2 /* AT24C01/02每页有8个字节 */

3 #define I2C_PageSize 8

5 /**

6 * @brief 将缓冲区中的数据写到I2C EEPROM中，采用页写入的方式，加快写入速度

7 * @param pBuffer:缓冲区指针

8 * @param WriteAddr:写地址

9 * @param NumByteToWrite:写的字节数

10 * @retval 无

11 */

12 void I2C_EE_BufferWrite(uint8_t* pBuffer, uint8_t WriteAddr,

13 u16 NumByteToWrite)

14 {

15 uint8_t NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0;

17 /*mod运算求余，若writeAddr是I2C_PageSize整数倍，运算结果Addr值为0*/

18 Addr = WriteAddr % I2C_PageSize;

20 /*差count个数据，刚好可以对齐到页地址*/

21 count = I2C_PageSize - Addr;

22 /*计算出要写多少整数页*/

23 NumOfPage = NumByteToWrite / I2C_PageSize;

24 /*mod运算求余，计算出剩余不满一页的字节数*/

25 NumOfSingle = NumByteToWrite % I2C_PageSize;

27 /* Addr=0,则WriteAddr 刚好按页对齐 aligned */

28 if (Addr == 0)

29 {

30 /* 如果 NumByteToWrite < I2C_PageSize */

31 if (NumOfPage == 0)

32 {

33 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);

34 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();

35 }

36 /* 如果 NumByteToWrite > I2C_PageSize */

37 else

38 {

39 /*先把整数页都写了*/

40 while (NumOfPage--)

41 {

42 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, I2C_PageSize);

43 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();

44 WriteAddr += I2C_PageSize;

45 pBuffer += I2C_PageSize;

46 }

48 /*若有多余的不满一页的数据，把它写完*/

49 if (NumOfSingle!=0)

50 {

51 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);

52 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();

53 }

54 }

55 }

56 /* 如果 WriteAddr 不是按 I2C_PageSize 对齐 */

57 else

58 {

59 /* 如果 NumByteToWrite < I2C_PageSize */

60 if (NumOfPage== 0)

61 {

62 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);

63 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();

64 }

65 /* 如果 NumByteToWrite > I2C_PageSize */

66 else

67 {

68 /*地址不对齐多出的count分开处理，不加入这个运算*/

69 NumByteToWrite -= count;

70 NumOfPage = NumByteToWrite / I2C_PageSize;

71 NumOfSingle = NumByteToWrite % I2C_PageSize;

73 /*先把WriteAddr所在页的剩余字节写了*/

74 if (count != 0)

75 {

76 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);

77 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();

79 /*WriteAddr加上count后，地址就对齐到页了*/

80 WriteAddr += count;

81 pBuffer += count;

82 }

83 /*把整数页都写了*/

84 while (NumOfPage--)

85 {

86 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, I2C_PageSize);

87 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();

88 WriteAddr += I2C_PageSize;

89 pBuffer += I2C_PageSize;

90 }

91 /*若有多余的不满一页的数据，把它写完*/

92 if (NumOfSingle != 0)

93 {

94 I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);

95 I2C_EE_WaitEepromStandbyState();

96 }

97 }

98 }

99 }

很多读者觉得这段代码的运算很复杂，看不懂，其实它的主旨就是对输入的数据进行分页(本型号芯片每页8个字节)，见表 232。通过"整除"计算要写入的数据NumByteToWrite能写满多少"完整的页"，计算得的值存储在NumOfPage中，但有时数据不是刚好能写满完整页的，会多一点出来，通过"求余"计算得出"不满一页的数据个数"就存储在NumOfSingle中。计算后通过按页传输NumOfPage次整页数据及最后的NumOfSing个数据，使用页传输，比之前的单个字节数据传输要快很多。

除了基本的分页传输，还要考虑首地址的问题，见表 233。若首地址不是刚好对齐到页的首地址，会需要一个count值，用于存储从该首地址开始写满该地址所在的页，还能写多少个数据。实际传输时，先把这部分count个数据先写入，填满该页，然后把剩余的数据(NumByteToWrite-count)，再重复上述求出NumOPage及NumOfSingle的过程，按页传输到EEPROM。

1. 若writeAddress=16，计算得Addr=16%8= 0 ，count=8-0= 8；

2. 同时，若NumOfPage=22，计算得NumOfPage=22/8= 2，NumOfSingle=22%8= 6。

3. 数据传输情况如表 232

表 232 首地址对齐到页时的情况

不影响	0	1	2	3	4	5	6	7
不影响	8	9	10	11	12	13	14	15
第1页	16	17	18	19	20	21	22	23
第2页	24	25	26	27	28	29	30	31
NumOfSingle=6	32	33	34	35	36	37	38	39

4. 若writeAddress=17，计算得Addr=17%8= 1，count=8-1= 7；

5. 同时，若NumOfPage=22，

6. 先把count去掉，特殊处理，计算得新的NumOfPage=22-7= 15

7. 计算得NumOfPage=15/8= 1，NumOfSingle=15%8= 7。

8. 数据传输情况如表 233

表 233 首地址未对齐到页时的情况

不影响	0	1	2	3	4	5	6	7
不影响	8	9	10	11	12	13	14	15
count=7	16	17	18	19	20	21	22	23
第1页	24	25	26	27	28	29	30	31
NumOfSingle=7	32	33	34	35	36	37	38	39

最后，强调一下，EEPROM支持的页写入只是一种加速的I2C的传输时序，实际上并不要求每次都以页为单位进行读写，EEPROM是支持随机访问的(直接读写任意一个地址)，如前面的单个字节写入。在某些存储器，如NAND FLASH，它是必须按照Block写入的，例如每个Block为512或4096字节，数据写入的最小单位是Block，写入前都需要擦除整个Block；NOR FLASH则是写入前必须以Sector/Block为单位擦除，然后才可以按字节写入。而我们的EEPROM数据写入和擦除的最小单位是"字节"而不是"页"，数据写入前不需要擦除整页。

从EEPROM读取数据

从EEPROM读取数据是一个复合的I2C时序，它实际上包含一个写过程和一个读过程，见图 2316。

图 2316 EEPROM数据读取时序

读时序的第一个通讯过程中，使用I2C发送设备地址寻址(写方向)，接着发送要读取的"内存地址"；第二个通讯过程中，再次使用I2C发送设备地址寻址，但这个时候的数据方向是读方向；在这个过程之后，EEPROM会向主机返回从"内存地址"开始的数据，一个字节一个字节地传输，只要主机的响应为"应答信号"，它就会一直传输下去，主机想结束传输时，就发送"非应答信号"，并以"停止信号"结束通讯，作为从机的EEPROM也会停止传输。实现代码见代码清单 2310。

代码清单 2310 从EEPROM读取数据

2 /**

3 * @brief 从EEPROM里面读取一块数据

4 * @param pBuffer:存放从EEPROM读取的数据的缓冲区指针

5 * @param ReadAddr:接收数据的EEPROM的地址

6 * @param NumByteToRead:要从EEPROM读取的字节数

7 * @retval 正常返回1，异常返回0

8 */

9 uint8_t I2C_EE_BufferRead(uint8_t* pBuffer, uint8_t ReadAddr,

10 u16 NumByteToRead)

11 {

12 I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;

14 while (I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2C, I2C_FLAG_BUSY))

15 {

16 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(9);

17 }

19 /* 产生I2C起始信号 */

20 I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C, ENABLE);

22 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

24 /* 检测 EV5 事件并清除标志*/

25 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))

26 {

27 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(10);

28 }

30 /* 发送EEPROM设备地址 */

31 I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C,EEPROM_ADDRESS,I2C_Direction_Transmitter);

33 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

35 /* 检测 EV6 事件并清除标志*/

36 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,

37 I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED))

38 {

39 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(11);

40 }

41 /*通过重新设置PE位清除EV6事件 */

42 I2C_Cmd(EEPROM_I2C, ENABLE);

44 /* 发送要读取的EEPROM内部地址(即EEPROM内部存储器的地址) */

45 I2C_SendData(EEPROM_I2C, ReadAddr);

47 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

49 /* 检测 EV8 事件并清除标志*/

50 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED))

51 {

52 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(12);

53 }

54 /* 产生第二次I2C起始信号 */

55 I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C, ENABLE);

57 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

59 /* 检测 EV5 事件并清除标志*/

60 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT))

61 {

62 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(13);

63 }

64 /* 发送EEPROM设备地址 */

65 I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C, EEPROM_ADDRESS, I2C_Direction_Receiver);

67 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;

69 /* 检测 EV6 事件并清除标志*/

70 while (!I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,

71 I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED))

72 {

73 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(14);

74 }

75 /* 读取NumByteToRead个数据*/

76 while (NumByteToRead)

77 {

78 /*若NumByteToRead=1，表示已经接收到最后一个数据了，

79 发送非应答信号，结束传输*/

80 if (NumByteToRead == 1)

81 {

82 /* 发送非应答信号 */

83 I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2C, DISABLE);

85 /* 发送停止信号 */

86 I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C, ENABLE);

87 }

89 I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;

90 while (I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED)==0)

91 {

92 if ((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(3);

93 }

94 {

95 /*通过I2C，从设备中读取一个字节的数据 */

96 *pBuffer = I2C_ReceiveData(EEPROM_I2C);

98 /* 存储数据的指针指向下一个地址 */

99 pBuffer++;

100

101 /* 接收数据自减 */

102 NumByteToRead--;

103 }

104 }

105

106 /* 使能应答，方便下一次I2C传输 */

107 I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2C, ENABLE);

108 return 1;

109 }

这段中的写过程跟前面的写字节函数类似，而读过程中接收数据时，需要使用库函数I2C_ReceiveData来读取。响应信号则通过库函数I2C_AcknowledgeConfig来发送，DISABLE时为非响应信号，ENABLE为响应信号。

3. main文件

EEPROM读写测试函数

完成基本的读写函数后，接下来我们编写一个读写测试函数来检验驱动程序，见代码清单 2311。

代码清单 2311 EEPROM读写测试函数

1 /**

2 * @brief I2C(AT24C02)读写测试

3 * @param 无

4 * @retval 正常返回1 ，不正常返回0

5 */

6 uint8_t I2C_Test(void)

7 {

8 u16 i;

9 EEPROM_INFO("写入的数据");

11 for ( i=0; i<=255; i++ ) //填充缓冲

12 {

13 I2c_Buf_Write[i] = i;

15 printf("0x%02X ", I2c_Buf_Write[i]);

16 if (i%16 == 15)

17 printf("\n\r");

18 }

20 //将I2c_Buf_Write中顺序递增的数据写入EERPOM中

21 //页写入方式

22 // I2C_EE_BufferWrite( I2c_Buf_Write, EEP_Firstpage, 256);

23 //字节写入方式

24 I2C_EE_ByetsWrite( I2c_Buf_Write, EEP_Firstpage, 256);

26 EEPROM_INFO("写结束");

28 EEPROM_INFO("读出的数据");

29 //将EEPROM读出数据顺序保持到I2c_Buf_Read中

30 I2C_EE_BufferRead(I2c_Buf_Read, EEP_Firstpage, 256);

32 //将I2c_Buf_Read中的数据通过串口打印

33 for (i=0; i<256; i++)

34 {

35 if (I2c_Buf_Read[i] != I2c_Buf_Write[i])

36 {

37 printf("0x%02X ", I2c_Buf_Read[i]);

38 EEPROM_ERROR("错误:I2C EEPROM写入与读出的数据不一致");

39 return 0;

40 }

41 printf("0x%02X ", I2c_Buf_Read[i]);

42 if (i%16 == 15)

43 printf("\n\r");

45 }

46 EEPROM_INFO("I2C(AT24C02)读写测试成功");

47 return 1;

48 }

代码中先填充一个数组，数组的内容为1,2,3至N，接着把这个数组的内容写入到EEPROM中，写入时可以采用单字节写入的方式或页写入的方式。写入完毕后再从EEPROM的地址中读取数据，把读取得到的与写入的数据进行校验，若一致说明读写正常，否则读写过程有问题或者EEPROM芯片不正常。其中代码用到的EEPROM_INFO跟EEPROM_ERROR宏类似，都是对printf函数的封装，使用和阅读代码时把它直接当成printf函数就好。具体的宏定义在"bsp_i2c_ee.h文件中"，在以后的代码我们常常会用类似的宏来输出调试信息。

main函数

最后编写main函数，函数中初始化了LED、串口、I2C外设，然后调用上面的I2C_Test函数进行读写测试，见代码清单 2312。

代码清单 2312 main函数

2 /**

3 * @brief 主函数

4 * @param 无

5 * @retval 无

6 */

7 int main(void)

8 {

9 LED_GPIO_Config();

11 LED_BLUE;

12 /*初始化USART1*/

13 Debug_USART_Config();

15 printf("\r\n欢迎使用秉火 STM32 F429 开发板。\r\n");

17 printf("\r\n这是一个I2C外设(AT24C02)读写测试例程 \r\n");

19 /* I2C 外设(AT24C02)初始化 */

20 I2C_EE_Init();

22 if (I2C_Test() ==1)

23 {

24 LED_GREEN;

25 }

26 else

27 {

28 LED_RED;

29 }

31 while (1)

32 {

33 }

35 }

23.4.3 下载验证

用USB线连接开发板"USB TO UART"接口跟电脑，在电脑端打开串口调试助手，把编译好的程序下载到开发板。在串口调试助手可看到EEPROM测试的调试信息。

23.5 每课一问

1. 在EEPROM测试程序中，分别使用单字节写入及页写入函数写入数据，对比它们消耗的时间。

2. 尝试使用EEPROM存储int整型变量，float型浮点变量，编写程序写入数据，并读出校验。

3. 尝试把I2C通讯引脚的模式改成非开漏模式，测试是否还能正常通讯，为什么？

4. 查看"bsp_i2c_ee.h"文件中EEPROM_ERROR、EEPROM_INFO、EEPROM_DEBUG宏，解释为何要使用这样的宏输出调试信息，而不直接使用printf函数。

posted @ 2016-08-25 10:33 野火_firege 阅读(10411) 评论(0) 编辑收藏举报

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第23章 I2C—读写EEPROM—零死角玩转STM32-F429系列