STM32CubeMX学习笔记（9）——I2C接口使用

一、I2C简介

I2C（Inter-Integrated Circuit ,内部集成电路) 总线是一种由飞利浦 Philip 公司开发的串行总线。是两条串行的总线，它由一根数据线（SDA）和一根 时钟线（SDL）组成。I2C 总线上可以接多个 I2C 设备，每个器件都有一个唯一的地址识别。同一时间只能有一个主设备，其他为从设备。通常 MCU 作为主设备控制，外设作为从设备。

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。

二、引脚分布

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。PB8 PB9 为重映射。

三、EEPROM芯片

开发板中的 EEPROM 芯片型号：AT24C02。AT24C 系列为美国 ATMEL 公司推出的串行 COMS 型 EEPROM。芯片型号后两位表示芯片容量，例如 ATC24C02 为 2K。引脚图中 A0、A1、A2 为器件地址引脚，GND为地，VCC为正电源，WP为写保护，SCL为串行时钟线，SDA为串行数据线。

EEPROM 芯片中 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。

AT24Cxx 设备地址为如下，前四位固定为 1010，A2~A0为由管脚电平决定。AT24Cxx EEPROM Board模块中默认为接地。A2~A0 为 000，最后一位 R/W 表示读写操作。所以由于 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”。

四、新建工程

1. 打开 STM32CubeMX 软件，点击“新建工程”

2. 选择 MCU 和封装

3. 配置时钟
RCC 设置，选择 HSE(外部高速时钟) 为 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷谐振器)

选择 Clock Configuration，配置系统时钟 SYSCLK 为 72MHz
修改 HCLK 的值为 72 后，输入回车，软件会自动修改所有配置

4. 配置调试模式
非常重要的一步，否则会造成第一次烧录程序后续无法识别调试器
SYS 设置，选择 Debug 为 Serial Wire

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五、I2C1

5.1 参数配置

在 Connectivity 中选择 I2C1 设置，并选择 I2C 内部集成电路

I2C 为默认设置不作修改。只需注意一下，I2C 为标准模式，I2C 传输速率 (I2C Clock Speed) 为 100KHz。

5.2 生成代码

输入项目名和项目路径

选择应用的 IDE 开发环境 MDK-ARM V5

每个外设生成独立的 ’.c/.h’ 文件
不勾：所有初始化代码都生成在 main.c
勾选：初始化代码生成在对应的外设文件。 如 GPIO 初始化代码生成在 gpio.c 中。

点击 GENERATE CODE 生成代码

5.3 添加全局变量

在 main.c 头部添加写地址 0xA0，读地址 0xA1，写缓存区 WriteBuffer，读缓存区 ReadBuffer。

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
UART_HandleTypeDef huart1;

/* USER CODE BEGIN PV */
#define ADDR_24LCxx_Write 0xA0
#define ADDR_24LCxx_Read 0xA1
#define BufferSize 256
uint8_t WriteBuffer[BufferSize] = {
    
    0};
uint8_t ReadBuffer[BufferSize] = {
    
    0};
/* USER CODE END PV */

5.4 添加写入和读取函数

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
    
    
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_I2C1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  printf("\r\n***************I2C Example*******************************\r\n");
  uint8_t i;
  uint8_t j;
  for(i = 0; i < 256; i++)
  {
    
    
    WriteBuffer[i] = i;    /* WriteBuffer init */
    printf("0x%02X ", WriteBuffer[i]);
    if(i % 16 == 15)
    {
    
        
      printf("\n\r");
    }
  }
  /* wrinte date to EEPROM */
  for (j = 0; j < 32; j++)
  {
    
    
    if(HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, ADDR_24LCxx_Write, 8*j, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, WriteBuffer+8*j, 8, 100) == HAL_OK)
    {
    
    
      printf("\r\n EEPROM 24C02 Write Test OK \r\n");
    }
    else
    {
    
    
      printf("\r\n EEPROM 24C02 Write Test False \r\n");
    }
  } 
  /* read date from EEPROM */
  HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, ADDR_24LCxx_Read, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, ReadBuffer, BufferSize, 1000);
  for(i = 0; i < 256; i++)
  {
    
    
    printf("0x%02X  ",ReadBuffer[i]);
    if(i%16 == 15)    
    {
    
    
      printf("\n\r");
    }
  }
    
  if(memcmp(WriteBuffer,ReadBuffer,BufferSize) == 0 ) /* check date */
  {
    
    
    printf("\r\n EEPROM 24C02 Read Test OK\r\n");
  }
  else
  {
    
    
    printf("\r\n EEPROM 24C02 Read Test False\r\n");
  }

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    
    
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

程序中先初始化写数据缓存。然后调用 HAL_I2C_Mem_Write() 函数将数据写入 EEPROM 中。根据函数返回值判断写操作是否正确。在 I2C 中可以找到内存写函数说明。

• 第一个参数为 I2C 操作句柄。
• 第二个参数为 EEPROM 的写操作设备地址。
• 第三个参数为内存地址。
• 第四个参数为内存地址长度，EEPROM 内存长度为 8bit。
• 第五个参数为数据缓存的起始地址。
• 第六个参数为传输数据的大小。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。
• 第七个参数为操作超时时间。

/**
  * @brief  Write an amount of data in blocking mode to a specific memory address
  * @param  hi2c Pointer to a I2C_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for the specified I2C.
  * @param  DevAddress Target device address: The device 7 bits address value
  *         in datasheet must be shifted to the left before calling the interface
  * @param  MemAddress Internal memory address
  * @param  MemAddSize Size of internal memory address
  * @param  pData Pointer to data buffer
  * @param  Size Amount of data to be sent
  * @param  Timeout Timeout duration
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress,
                                    uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize,
                                    uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

调用 HAL_I2C_Mem_Read() 函数读取 EEPROM 中刚才写入的数据。HAL_I2C_Mem_Read() 函数描述如下。

• 第一个参数为 I2C 操作句柄。
• 第二个参数为 EEPROM 的读操作设备地址。
• 第三个参数为内存地址。
• 第四个参数为内存地址长度。
• 第五个参数为读取数据存储的起始地址。
• 第六个参数为传输数据的大小。
• 第七个参数为操作超时时间。

/**
  * @brief  Read an amount of data in blocking mode from a specific memory address
  * @param  hi2c Pointer to a I2C_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for the specified I2C.
  * @param  DevAddress Target device address: The device 7 bits address value
  *         in datasheet must be shifted to the left before calling the interface
  * @param  MemAddress Internal memory address
  * @param  MemAddSize Size of internal memory address
  * @param  pData Pointer to data buffer
  * @param  Size Amount of data to be sent
  * @param  Timeout Timeout duration
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress,
                                  uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, 
                                  uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

程序最后调用 memcmp() 函数判断读写的两个缓存的数据是否一致。memcmp() 是比较内存区域是否相等，标准库里面的函数，在 main.c 前面添加 string.h 头文件。

5.5 查看打印

串口打印功能查看 STM32CubeMX学习笔记（6）——USART串口使用

5.6 HAL库与标准库代码比较

STM32CubeMX 使用 HAL 库生成的代码：

/**
  * @brief I2C1 Initialization Function
  * @param None
  * @retval None
  */
static void MX_I2C1_Init(void)
{
    
    

  /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 0 */

  /* USER CODE END I2C1_Init 0 */

  /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 1 */

  /* USER CODE END I2C1_Init 1 */
  hi2c1.Instance = I2C1;
  hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
  hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
  {
    
    
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 2 */

  /* USER CODE END I2C1_Init 2 */
}

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

使用 STM32 标准库的代码：

/**
  * @brief  I2C I/O配置
  * @param  无
  * @retval 无
  */
static void I2C_GPIO_Config(void)
{
    
    
  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; 

	/* 使能与 I2C 有关的时钟 */
	EEPROM_I2C_APBxClock_FUN ( EEPROM_I2C_CLK, ENABLE );
	EEPROM_I2C_GPIO_APBxClock_FUN ( EEPROM_I2C_GPIO_CLK, ENABLE );
	
    
  /* I2C_SCL、I2C_SDA*/
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = EEPROM_I2C_SCL_PIN;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;	       // 开漏输出
  GPIO_Init(EEPROM_I2C_SCL_PORT, &GPIO_InitStructure);
	
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = EEPROM_I2C_SDA_PIN;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;	       // 开漏输出
  GPIO_Init(EEPROM_I2C_SDA_PORT, &GPIO_InitStructure);		
}

/**
  * @brief  I2C 工作模式配置
  * @param  无
  * @retval 无
  */
static void I2C_Mode_Config(void)
{
    
    
  I2C_InitTypeDef  I2C_InitStructure; 

  /* I2C 配置 */
  I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;
	
	/* 高电平数据稳定，低电平数据变化 SCL 时钟线的占空比 */
  I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;
	
  I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 =I2Cx_OWN_ADDRESS7; 
  I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable ;
	 
	/* I2C的寻址模式 */
  I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;
	
	/* 通信速率 */
  I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = I2C_Speed;
  
	/* I2C 初始化 */
  I2C_Init(EEPROM_I2Cx, &I2C_InitStructure);
  
	/* 使能 I2C */
  I2C_Cmd(EEPROM_I2Cx, ENABLE);   
}

void I2C_Send7bitAddress(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address, uint8_t I2C_Direction);
void I2C_SendData(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Data);
uint8_t I2C_ReceiveData(I2C_TypeDef* I2Cx);

六、注意事项

用户代码要加在 USER CODE BEGIN N 和 USER CODE END N 之间，否则下次使用 STM32CubeMX 重新生成代码后，会被删除。

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• 由 Leung 写于 2021 年 1 月 26 日

• 参考：STM32CubeMX系列教程9:内部集成电路(I2C)
　　　　【STM32Cube_13】使用硬件I2C读写EEPROM（AT24C02）