STM32 I2C实验

参考资料

【1】 I2C总线协议图解 https://www.cnblogs.com/aaronLinux/p/6218660.html
【2】 AT24c02中文资料 https://wenku.baidu.com/view/18e29fba1a37f111f1855b94.html
【3】 24C02存储器的基本原理与应用 https://blog.csdn.net/ohy3686/article/details/86723598

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I2C简介

IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线，用于连接 微控制器及其外围设备。它是由数据线 SDA 和时钟 SCL 构成的串行总线，可发送和接收数据。 在 CPU 与被控 IC 之间、IC 与 IC 之间进行双向传送，高速 IIC 总线一般可达 400kbps 以上。

I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答 信号。

• 开始信号：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
• 结束信号：SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
• 应答信号：接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲， 表示已收到数据。CPU 向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU 接 收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为 受控单元出现故障。

这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。

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ALIENTEK战舰STM32开发板板载的EEPROM芯片型号为24C02。该芯片的总容量是256 个字节，该芯片通过 IIC 总线与外部连接，我们本章就通过 STM32 来实现 24C02 的读写。

而在AT24C02的前四位已经固定为1010。R/W为1则为 读操作，为0则为写操作。R/W位我们要设置为0(写操作)规则为：1010（A0）（A1）（A2）（R/W）（后四位）。

对应上面的电路图，A0，A1，A2都是接的GND，所以为A0=0，A1=0，A2=0；可以知道AT24C02的从设备写地址为10100000(0xa0)，读设备地址为10100001（0xa1）。

24C02 的 SCL 和 SDA 分别连在 STM32 的 PB6 和 PB7 上的。

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初始化

//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{					     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	//使能GPIOB时钟
	   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); 	//PB6,PB7 输出高
}

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开始和结束信号

起始和结束信号产生条件：总线在空闲状态时，SCL和SDA都保持着高电平，当SCL为高电平而SDA由高到低的跳变，表示产生一个起始条件；当SCL为高而SDA由低到高的跳变，表示产生一个停止条件。

在起始条件产生后，总线处于忙状态，由本次数据传输的主从设备独占，其他I2C器件无法访问总线；而在停止条件产生后，本次数据传输的主从设备将释放总线，总线再次处于空闲状态。起始和结束如图所示：

代码实现

//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     //sda线输出
	IIC_SDA=1;	  	  
	IIC_SCL=1;
	delay_us(4);
 	IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	delay_us(4);
	IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}	  
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda线输出
	IIC_SCL=0;
	IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
 	delay_us(4);
	IIC_SCL=1; 
	IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
	delay_us(4);							   	
}

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发送数据

在了解起始条件和停止条件后，我们再来看看在这个过程中数据的传输是如何进行的。前面我们已经提到过，数据传输以字节为单位。主设备在SCL线上产生每个时钟脉冲的过程中将在SDA线上传输一个数据位，当一个字节按数据位从高位到低位的顺序传输完后，紧接着从设备将拉低SDA线，回传给主设备一个应答位， 此时才认为一个字节真正的被传输完成。当然，并不是所有的字节传输都必须有一个应答位，比如：当从设备不能再接收主设备发送的数据时，从设备将回传一个否 定应答位。数据传输的过程如图所示：

在前面我们还提到过，I2C总线上的每一个设备都对应一个唯一的地址，主从设备之间的数据传输是建立在地址的基础上，也就是说，主设备在传输有效数据之前要先指定从设备的地址，地址指定的过程和上面数据传输的过程一样，只不过大多数从设备的地址是7位的，然后协议规定再给地址添加一个最低位用来表示接下来数据传输的方向，0表示主设备向从设备写数据，1表示主设备向从设备读数据。向指定设备发送数据的格式如图所示：(每一最小包数据由9bit组成，8bit内容+1bit ACK, 如果是地址数据，则8bit包含1bit方向)

相关代码

//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=0;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}
//不产生ACK应答		    
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
//        0，接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      //SDA设置为输入  
	IIC_SDA=1;delay_us(1);	   
	IIC_SCL=1;delay_us(1);	 
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL=0;//时钟输出0 	   
	return 0;  
} 
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答			  
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
        txd<<=1; 	  
		delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的
		IIC_SCL=1;
		delay_us(2); 
		IIC_SCL=0;	
		delay_us(2);
    }	 
} 	    
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
	{
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(2);
		IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
		delay_us(1); 
    }					 
    if (!ack)
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}

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I2C总线操作

对I2C总线的操作实际就是主从设备之间的读写操作。大致可分为以下三种操作情况：

• 主设备往从设备中写数据。数据传输格式如下：

• 主设备从从设备中读数据。数据传输格式如下：

• 主设备往从设备中写数据，然后重启起始条件，紧接着从从设备中读取数据；或者是主设备从从设备中读数据，然后重启起始条件，紧接着主设备往从设备中写数据。数据传输格式如下：

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关于24CXX

该芯片的总容量是256 个字节，地址从0-255，每写入一个字节，地址加一。

const u8 TEXT_Buffer[]={"Elite STM32 IIC TEST"};
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)	
AT24CXX_Write(0,(u8*)TEXT_Buffer,SIZE);
void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite)
{
	while(NumToWrite--)
	{
		AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr,*pBuffer);	//写入一个字节，
		WriteAddr++;
		pBuffer++;
	}
}
//在AT24CXX里面的指定地址开始读出指定个数的数据
//ReadAddr :开始读出的地址 对24c02为0~255
//pBuffer  :数据数组首地址
//NumToRead:要读出数据的个数
void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead)
{
	while(NumToRead)
	{
		*pBuffer++=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr++);	
		NumToRead--;
	}
}  
//在AT24CXX指定地址写入一个数据
//WriteAddr  :写入数据的目的地址    
//DataToWrite:要写入的数据
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)
{				   	  	    																 
    IIC_Start();  
	if(EE_TYPE>AT24C16)	//不同类型的芯片型号，容量不同。这是兼容不同芯片型号做出的判断。
	{
		IIC_Send_Byte(0XA0);	    //发送写命令
		IIC_Wait_Ack();
		IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);//发送高地址
 	}else
	{
		//00H - FFH
		/*	WriteAddr = 0，(WriteAddr/256)<<1 = 0;
			WriteAddr = 1，(WriteAddr/256)<<1 = 0;
			WriteAddr = 2，(WriteAddr/256)<<1 = 0;
			作出判断，当容量小于256时，地址都是0xa0.
			当容量超过256时，地址0xa0 + 1<<1 = 0xa0 + 0x02 = 0xa2.
			地址0xa0 + 2<<1 = 0xa0 + 0x04 = 0xa4
			地址0xa0 + 3<<1 = 0xa0 + 0x06 = 0xa6
		*/
		IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,写数据 
	}	 
	IIC_Wait_Ack();	   				//等待响应
    IIC_Send_Byte(WriteAddr%256);   //发送低地址
	IIC_Wait_Ack(); 	 										  		   
	IIC_Send_Byte(DataToWrite);     //发送字节							   
	IIC_Wait_Ack();  		    	   
    IIC_Stop();//产生一个停止条件 
	delay_ms(10);	 
}

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运行结果