STM32(十二)通过I2C总线向EEPROM（AT24C02 ）读写数据的过程

一、概述

（1）背景

• I2C(IIC,Inter－Integrated Circuit)总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线。
• 它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。
• 主器件用于启动总线传送数据，并产生时钟以开放传送的器件，此时任何被寻址的器件均被认为是从器件。
• I2C总线简化了硬件电路PCB布线，降低了系统成本，提高了系统可靠性。因为I2C芯片（如mpu6050、ft5x06等）除了这两根线和少量中断线，与系统再没有连接的线，用户常用IC可以很容易形成标准化和模块化，便于重复利用。

 

                     

（2）传输方向

• 　　在总线上主和从、发和收的关系不是恒定的，而取决于此时数据传送方向。
• 如果主机要发送数据给从器件，则主机首先寻址从器件，然后主动发送数据至从器件，最后由主机终止数据传送。
• 如果主机要接收从器件的数据，首先由主器件寻址从器件．然后主机接收从器件发送的数据，最后由主机终止接收过程。在这种情况下，主机负责产生定时时钟和终止数据传送。

（3）速度

• 连接到相同总线上的IC数量只受总线最大电容的限制，串行的8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100Kbit/s，快速模式下可达400Kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s。
• 总线具有极低的电流消耗．抗高噪声干扰，增加总线驱动器可以使总线电容扩大10倍，传输距离达到15m；兼容不同电压等级的器件，工作温度范围宽。

（4）地址

　　I2C总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备，而且每一个设备都会对应一个唯一的地址(地址通过物理接地或者拉高，可以从I2C器件的数据手册得知，如AT24C02芯片，7位地址依次1010xxx, 最低三位可配，如果全部物理接地，则该设备地址为0x50)，主从设备之间就通过这个地址来确定与哪个器件进行通信，在通常的应用中，我们把STM32作为主设备，把挂接在总线上的其他设备都作为从设备。

 二、AT240C02 EEPROM介绍

（1）特点

• 宽范围的工作电压1.8V~5.5V低电压技术
• 1mA典型工作电流- 1uA典型待机电流·存储器组织结构
• 24C02,256 X8(2K bits)- 24C04,512×8(4K bits)- 24C08,1024 × 8 (8K bits)-24C16,2048 ×8(16K bits)-24C32,4096 X8(32K bits)- 24C64,8192 × 8(64K bits)
• 2线串行接口，完全兼容l2C总线
• I2C时钟频率为1 MHz (5V),400 kHz (1.8V,2.5V,2.7V)施密特触发输入噪声抑制
• 硬件数据写保护
• 内部写周期(最大5 ms)可按字节写
• 页写:8字节页(24C02),16字节页(24C04/08/16),32字节页(24C32/64)可按字节，随机和序列读
• 自动递增地址
• 高可靠性擦写寿命:100万次-数据保持时间:100年

     

 有规格书可知，EEPROM的读写速率是100KHZ.

（2）引脚说明

 

 

AT24C02芯片，7位地址依次1010xxx, 最低三位(A0~A2)可配，由原理图可知三个脚物理接地，地址为1010000，即该设备地址为0x50)。

（3）起始和停止时序

　　数据和时钟线都为高则称总线处在空闲状态。当SCL为高电平时SDA的下降沿（高到低叫做起始条件(START，简写为S），SDA的上升沿（低到高）则叫做停止条件(STOP，简写为P）。参见图5。

 

（4）数据有效性

   　　SCL高电平时SDA数据有效，低电平时SDA数据交换，数据变换为高电平或者低电平。

                     

 （5）应答信号：

                        

三、读写操作

1、写操作

　　（1）.字节写

　　写操作要求在接收器件地址和ACK应答后，接收8位的字地址。接收到这个地址后EEPROM应答"0"，然后是一个8位数据。在接收8位数据后EEPROM应答"0"，接着必须由主器件发送停止条件来终止写序列。
　　此时EEPROM进入内部写周期twR，数据写入非易失性存储器中，在此期间所有输入都无效。直到写周期完成，EEPROM才会有应答（见图9）。

               

      （2）页写

• 24C02器件按8字节/页执行页写，24C04/08/16器件按16字节/页执行页写，24C32/64器件按32字节/页执行页写。
• 页写初始化与字节写相同，只是主器件不会在第一个数据后发送停止条件，而是在EEPROM的ACK以后，接着发送7个(24C02数据。EEPROM收到每个数据后都应答“0”。最后仍需由主器件发送停止条件，终止写序列（见图10）。接收到每个数据后，字地址的低3位(24C02）内部自动加1，高位地址位不变，维持在当前页内。当内部产生的字地址达到该页边界地址时，随后的数据将写入该页的页首。如果超过8个（24C02)数据传送给了EEPROM，字地址将回转到该页的首字节，先前的字节将会被覆盖。  

            

 　　MCU向AT24CT02写数据时，MCU为主机，EEPROM为从机。由上图可知：

• 主机通过SDA先发一个起始信号。
• 发设备地址寻找设备，并设置是写入还是读取。
• 从机回一个Ack应答信号。
• 主机发送要写入的EEPROM片内地址。
• 从机回Ack应答信号。
• 主机写数据到从机，每写一byte，从机回发一个ack应答。
• 主机发送停止信号，结束数据写入。

　　（3）代码分析：

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#include "iic.h" /*软件模拟IIC写数据到EEPROM*/ GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   #define SDA_OUT   PBout(9) #define SDA_IN    PBin(9) #define SCL_OUT   PBout(8)   //初始化SDL、SCL GPIO void Iic_AT24C02_Init(void) {     //1.初始化时钟     RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);           //2.初始化硬件     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_8;//PB8  PB9     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_OUT;//输出模式     GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Fast_Speed;//速度 快速 25MHz     GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_UP;//上拉     GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);         //空闲状态高电平     SDA_OUT = 1;     SCL_OUT = 1; }   //设置引脚模式 void sda_pin_mode(GPIOMode_TypeDef mode) {     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9;//PB9     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = mode;//模式     GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Fast_Speed;//速度 快速 25MHz     GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_UP;//上拉     GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);   }     //IIC起始信号 void iic_start(void) {     //保证SDA引脚为输出模式     sda_pin_mode(GPIO_Mode_OUT);           //保证开始是一个高电平     SDA_OUT = 1;     SCL_OUT = 1;     delay_us(5);     //AT24C02的读写速度为100kHZ，一个周期为10us.           SDA_OUT = 0;//时钟线为高电平期间，数据线由高到低     delay_us(5);           SCL_OUT = 0;//高速总线上的从机，有通信的设备     delay_us(5); } //发送数据 void iic_send_byte(uint8_t d)// 10101110 {     int32_t i;     //保证SDA引脚为输出模式     sda_pin_mode(GPIO_Mode_OUT);     SDA_OUT = 0;     SCL_OUT = 0;     delay_us(5);           for(i=7;i>=0;i--)     {         if(d & (0x1<<i))             SDA_OUT = 1;         else             SDA_OUT = 0;               delay_us(5);                   SCL_OUT = 1;         delay_us(5);//当前数据是可靠的,告诉从机可以读取数据                   SCL_OUT = 0;         delay_us(5);//当前数据是不可靠的，正在准备     }   } //应答信号 uint8_t iic_wait_ack(void) {     uint8_t ack = 0;     //保证SDA引脚为输入模式     sda_pin_mode(GPIO_Mode_IN);           SCL_OUT = 1;     delay_us(5);//当前数据是可靠的，主机可以访问           if(SDA_IN == 0)         ack = 0;//有应答   要     else         ack = 1;//无应答   不要了           SCL_OUT = 0;     delay_us(5);           return ack; } void iic_stop(void) {     //保证SDA引脚为输出模式     sda_pin_mode(GPIO_Mode_OUT);           SDA_OUT = 0;     SCL_OUT = 1;     delay_us(5);           SDA_OUT = 1;//时钟线为高电平期间，数据线由低到高     delay_us(5);   } int32_t at24c02_write(uint8_t word_addr,uint8_t *buf,uint8_t len) {     uint8_t ack = 0;     uint8_t *p = buf;     //发送起始信号     iic_start();           //设备寻址,设备写访问地址为 10100000 = 0xA0     iic_send_byte(0xA0);           //等待应答     ack = iic_wait_ack();     if(ack)     {         printf("devices address failed!\r\n");         return -1;     }           //告诉从机我要访问的数据存储地址     iic_send_byte(word_addr);     //等待应答     ack = iic_wait_ack();     if(ack)     {         printf("word address failed!\r\n");         return -2;     }           //连续写数据     while(len--)     {         //写入数据         iic_send_byte(*p);                   //等待应答         ack = iic_wait_ack();         if(ack)         {             printf("data failed!\r\n");             return -3;         }         p++;     }           //发送停止信号     iic_stop();           printf("write success!\r\n");           return 0; }

2、读操作　　

 

读操作与写操作初始化相同，只是器件地址中的读/写选择位应为"1"。有三种不同的读操作方式:当前地址读，随机读和顺序读。

(1)当前地址读

• 内部地址计数器保存着上次访问时最后一个地址加1的值。只要芯片有电，该地址就一直保存。当读到最后页的最后字节，地址会回转到0;当写到某页尾的最后一个字节，地址会回转到该页的首字节。
• 接收器件地址（读/写选择位为"1")、EEPROM应答ACK后，当前地址的数据就随时钟送出。主器件无需应答"O"，但需发送停止条件（见图12）。

 

                

2.随机读

       随机读需先写一个目标字地址，一旦EEPROM接收器件地址和字地址并应答了ACK，主器件就产生一个重复的起始条件。
然后，主器件发送器件地址（读/写选择位为"1")，EEPROM应答ACK，并随时钟送出数据。主器件无需应答"O"，但需发送停止条件（见图13）。

 

 

 

• 主机通过SDA先发一个起始信号。
• 发设备地址寻找设备，并设置是写入(因为要写入读取数据的地址)。
• 写入要读取的地址
• 从机回一个Ack应答信号。
• 主机再发一个起始信号开始读
• 主机发送要写入的EEPROM片内地址（读写位设置为读）。
• 读数据。
• 主机发送停止信号，结束数据读取。

3.顺序读

　　顺序读可以通过“当前地址读"或“随机读"启动。主器件接收到一个数据后，应答ACK。只要EEPROM接收到ACK，将自动增加字地址并继续随时钟发送后面的数据。若达到存储器地址末尾，地址自动回转到0，仍可继续顺序读取数据。
主器件不应答"0"，而发送停止条件，即可结束顺序读操作（见图14）。

 

 

 

 

 

 

 

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#include "iic.h"   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; void Iic_AT24C02_Init(void) {     //1.初始化时钟     RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);           //2.初始化硬件     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_8;//PB8  PB9     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_OUT;//输出模式     GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Fast_Speed;//速度 快速 25MHz     GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_UP;//上拉     GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);         //空闲状态高电平     SDA_OUT = 1;     SCL_OUT = 1; }   void sda_pin_mode(GPIOMode_TypeDef mode) {     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9;//PB9     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = mode;//模式     GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Fast_Speed;//速度 快速 25MHz     GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_UP;//上拉     GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);   }   void iic_start(void) {     //保证SDA引脚为输出模式     sda_pin_mode(GPIO_Mode_OUT);           //保证开始是一个高电平     SDA_OUT = 1;     SCL_OUT = 1;     delay_us(5);           SDA_OUT = 0;//时钟线为高电平期间，数据线由高到低     delay_us(5);           SCL_OUT = 0;//高速总线上的从机，有通信的设备     delay_us(5); }   void iic_send_byte(uint8_t d)// 10101110 {     int32_t i;     //保证SDA引脚为输出模式     sda_pin_mode(GPIO_Mode_OUT);     SDA_OUT = 0;     SCL_OUT = 0;     delay_us(5);           for(i=7;i>=0;i--)     {         if(d & (0x1<<i))             SDA_OUT = 1;         else             SDA_OUT = 0;               delay_us(5);                   SCL_OUT = 1;         delay_us(5);//当前数据是可靠的,告诉从机可以读取数据                   SCL_OUT = 0;         delay_us(5);//当前数据是不可靠的，正在准备     }   } uint8_t iic_recv_byte(void) {     int8_t i;     uint8_t data;     //保证SDA引脚为输入模式     sda_pin_mode(GPIO_Mode_IN);           //当前数据不可靠，切换数据     SCL_OUT = 0;     delay_us(5);           for(i=7;i>=0;i--)//MSB  10101111     {         SCL_OUT = 1;         delay_us(5);//当前数据可靠，读把                   if(SDA_IN == 1)         {             data |= (0x1<<i);         }         else         {             data &= ~(0x1<<i);         }                   SCL_OUT = 0;         delay_us(5);//当前数据不可靠，切换数据     }           return data; }   void iic_ack(uint8_t ack) {     //保证SDA引脚为输出模式     sda_pin_mode(GPIO_Mode_OUT);           SDA_OUT = 0;     SCL_OUT = 0;     delay_us(5);//当前数据不可靠           //发送高/低电平     SDA_OUT = ack;     delay_us(5);//准备数据           SCL_OUT = 1;     delay_us(5);//当前数据可靠，然后从机可以访问           SCL_OUT = 0;     delay_us(5);//当前数据bu可靠，切换数据 }   uint8_t iic_wait_ack(void) {     uint8_t ack = 0;     //保证SDA引脚为输入模式     sda_pin_mode(GPIO_Mode_IN);           SCL_OUT = 1;     delay_us(5);//当前数据是可靠的，主机可以访问           if(SDA_IN == 0)         ack = 0;//有应答   要     else         ack = 1;//无应答   不要了           SCL_OUT = 0;     delay_us(5);           return ack; } void iic_stop(void) {     //保证SDA引脚为输出模式     sda_pin_mode(GPIO_Mode_OUT);           SDA_OUT = 0;     SCL_OUT = 1;     delay_us(5);           SDA_OUT = 1;//时钟线为高电平期间，数据线由低到高     delay_us(5);   } int32_t at24c02_write(uint8_t word_addr,uint8_t *buf,uint8_t len) {     uint8_t ack = 0;     uint8_t *p = buf;     //发送起始信号     iic_start();           //设备寻址,设备写访问地址为 10100000 = 0xA0     iic_send_byte(0xA0);           //等待应答     ack = iic_wait_ack();     if(ack)     {         printf("devices address failed!\r\n");         return -1;     }           //告诉从机我要访问的数据存储地址     iic_send_byte(word_addr);     //等待应答     ack = iic_wait_ack();     if(ack)     {         printf("word address failed!\r\n");         return -2;     }           //连续写数据     while(len--)     {         //写入数据         iic_send_byte(*p);                   //等待应答         ack = iic_wait_ack();         if(ack)         {             printf("data failed!\r\n");             return -3;         }         p++;     }           //发送停止信号     iic_stop();           printf("write success!\r\n");           return 0; }   int32_t at24c02_read(uint8_t word_addr,uint8_t *buf,uint8_t len) {     uint8_t ack = 0;     uint8_t *p = buf;     //发送开始信号     iic_start();           //设备寻址，设备写访问地址  0xA0     iic_send_byte(0xA0);           //等待应答     ack = iic_wait_ack();     if(ack) //1 无应答   0 应答     {         printf("devices address failed!\r\n");         return -1;     }           //告诉从机我要访问的数据存储地址     iic_send_byte(word_addr);     //等待应答     ack = iic_wait_ack();     if(ack) //1 无应答   0 应答     {         printf("word address failed!\r\n");         return -2;     }       //再次发送开始信号     iic_start();           //设备寻址，设备读访问地址  0xA1     iic_send_byte(0xA1);           //等待应答     ack = iic_wait_ack();     if(ack) //1 无应答   0 应答     {         printf("devices address failed!\r\n");         return -3;     }     //连续接收数据     len = len - 1;     while(len--)     {         *p++ = iic_recv_byte();         //发送应答         iic_ack(0);     }           //接收最后一个字节     *p = iic_recv_byte();           //发送不应答     iic_ack(1);           //发送停止信号     iic_stop();           printf("read success!\r\n");           return 0;   }