1.I2C总线及AT24C02芯片

1.1 I2C总线简介

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是由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。是由数据线SDA和时钟线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I2C总线一般可达400kbps以上。下面从物理层和协议层两方面来了解I2C：

⏩ I2C物理层：可连接多个I2C通讯设备，支持多个通讯主机和从机；每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机利用这个地址进行不同设备之间的访问；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；多主机同时使用总线时，利用仲裁方式觉得由哪个设备占用总线；有三种传输模式，标准模式（100kbit/s）、快速模式（400kbit/s）、高速模式（3.4Mbit/s 多数I2C设备不支持）；连接到相同总线的I2C数量受最大电容400pF限制

/ n2 \) \3 F4 Y- f3 N

⏩ I2C协议层：I2C总线在传送数据的过程中共有三种类型信号，在这些信号中，起始信号是必需的，结束和应答信号可以不要；I2C总线寻址按照从机地址可分为7位和10位（寻址字节）寻址两种，D7~D1位组成从机的地址，D0位是数据传送方向（0表示主机向从机写数据/1表示主机由从机读数据）

/ R, P, B: k" V: \' Y, S2 K
• 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8位数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已经收到数据。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。若为收到应答性，判断为受控单元故障
  
  ! f. s" s# D: P4 Q
  9 l% t  i1 X8 g

& \2 a5 r6 C- L# ^" U5 F0 J

1.2 AT24C02芯片简介

AT24C02是一个2K位串行CMOS，内部含有256个字节，此芯片具有I2C通讯接口，芯片内保存的数据在掉电的情况下不丢失（EEPROM），常用于存放比较重要的数据。本实验使用的是SOP-8封装的AT24C02芯片，其引脚说明见下图

1 q9 V% q3 m0 l% ~7 f

AT24C02芯片的器件地址为7位，高4位固定为1010，低3位有上表中的A0/A1/A2引脚的电平决定，还有一位（最低位R/W）用来选择读写方向。本实验中A0/A1/A2引脚接在GND上了，因此器件地址为1010000；加上最低位的读写方向位后，写器件地址为10100000（0xA0），读器件地址为10100001（0xA1）

$ c: ]: H9 x6 E2 o$ v8 L

下图为AT24C02的总线时序图和时间参数

6 U3 z) a0 M+ a2 P* c- H* A

4 l0 w1 b5 u3 d9 ]* c

( F& P' e! N0 M0 l

2.硬件设计

D1指示灯用来提示系统运行状态，K_UP按键用来控制24C02的数据写入，K_DOWN按键用来控制24C02的数据读取，数据的写入与读取信息通过串口1打印出来

: m! s0 }, X) c

• 指示灯D1
• USART1串口
• AT24C02
  
  
• K_UP和K_DOWN按键
  
  
  . h- m/ A) v8 f# c2 d8 e7 `
  9 ]4 e4 |2 i/ o, l# Y2 ~% p

( X8 W- ~2 l/ }" l- S, A

. X+ V7 u7 K6 A5 w1 L- n6 b1 V! g

3.软件设计

3.1 STM32CubeMX设置

➡️ RCC设置外接HSE，时钟设置为72M

➡️ PC0设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平

➡️ USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位

➡️ PA0设置为GPIO输入模式、下拉模式；PE3设置为GPIO输入模式、上拉模式

➡️ 激活I2C2，选择标准传输模式，选择7位寻址地址，其余默认设置

➡️输入工程名，选择路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码

3.2 MDK-ARM软件编程

➡️ 在i2c.c文件下可以看到I2C初始化函数

1. void MX_I2C2_Init(void){
   2 R$ o0 a9 q3 N5 ~' y# G1 f
2.   hi2c2.Instance = I2C2;
   
3.   hi2c2.Init.ClockSpeed = 100000;
   
4.   hi2c2.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   1 b! N6 x# {  [
5.   hi2c2.Init.OwnAddress1 = 0;
   
6.   hi2c2.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   - d1 U9 A7 p# D& t) i3 Z
7.   hi2c2.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   
8.   hi2c2.Init.OwnAddress2 = 0;
   : R# U0 C- j+ O; S" U2 b( @! S
9.   hi2c2.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
   4 u6 X8 X6 T0 b2 A/ @5 Y5 t
10.   hi2c2.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    
11.   if (HAL_I2C_Init(&hi2c2) != HAL_OK){
    1 \* q7 X2 n5 s( @/ E( O9 y
12.     Error_Handler();
    4 F& [3 P8 {# \& M8 i
13.   }
    - V8 l8 b) ]1 V9 K0 J& P/ k0 M
14. }
    
15. 
    2 a6 m/ f1 Q4 s5 S# g- l8 W
16. void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle){
    ' I! r) x7 U8 ~& a% F8 l6 x
17.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
18.   if(i2cHandle->Instance==I2C2){
    
19.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
20.     /**I2C2 GPIO Configuration   
    , N" j& B6 p0 l7 f8 {5 G
21.     PB10     ------> I2C2_SCL
    / Y# j+ A) Q& S* W
22.     PB11     ------> I2C2_SDA*/
    
23.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11;
    6 f$ i0 B* ]0 \6 x& X
24.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
    ( f; L- O( W5 ^# ]
25.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    & L. q1 y4 b: }  A8 U$ I# W" l' a
26.     HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    4 g* ]/ j# m# S) L  g, Z3 F
27.     /* I2C2 clock enable */
    . ^/ h; k1 _# {$ k% I0 @/ J6 x
28.     /*网上看到很多资料说此处的I2C时钟初始化函数应该放在GPIO
    
29.       初始化之前，但是这里没有调整也能够正常读写EEPROM*/
    & G+ Y! ^+ E7 S. B
30.     __HAL_RCC_I2C2_CLK_ENABLE();       
    
31.   }

复制代码

➡️ 创建按键驱动文件key.c 和相关头文件key.h，参考[color=var(--weui-LINK)]按键输入例程

➡️ 创建AT24C02驱动文件24cxx.c和24cxx.h

1. #define ADDR_24CXX_WRITE 0XA0
   ( O6 C1 i" @2 l# J; m# Z+ _) ]0 B- G
2. #define ADDR_24CXX_READ  0XA1
   
3. void AT24CXX_Init(void){
   3 z( T4 U5 V% s
4.   MX_I2C2_Init();       
   0 ]4 i+ `) G! H. ?# O- H
5.   while(AT24CXX_Check()){
   ( x; ^0 ^4 H) m" d
6.     printf("AT24C02 Checked Failed!\r\n");
   9 c$ q# A, n! F/ a
7.     HAL_Delay(500);
   
8.   }
   " b( ~  t' u6 t5 k2 B; K* H: ~
9.   printf("AT24C02 Checked Sucessed!\r\n");
   ! v* E9 k8 B8 }$ W
10. }
    
11. 
    6 E8 A4 S5 r8 o, m
12. uint8_t AT24CXX_Check(void){
    ! ?* D( p& v/ y& n/ w( c- }
13.   uint8_t temp;
    
14.   HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);                                  
    6 r) e! C& E5 c8 b# i$ @. L
15.   if(temp==0x36)       
    ) O& e  Y5 Y5 X) w9 I4 K3 l
16.     return 0;                  
    
17.   else{
    
18.     uint8_t data = 0x36;
    . J% d% {4 S/ e- H/ L# T) u0 W) A
19.     HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,ADDR_24CXX_WRITE,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&data,1,0xff);
    $ T. o$ o  e, {+ G
20.     HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);          
    5 E  C, y5 ?. A: V2 F4 b9 T  ~
21.     if(temp==0x36)       
    2 {8 C6 O& W4 ^7 i5 m
22.       return 0;
    
23.   }
    1 c3 L2 M/ |$ s6 U
24.   return 1;                                                                                          
    
25. }

复制代码

" ^  ~; a. V/ [) P1 a

➡️ 在main.c文件下编写I2C测试代码

AT24C02的2Kbit分为32页，每页8个字节。而EEPROM也可以按页写入，本例使用了按页写入的方式，分32次写入。注意每次写入完毕需要延时5ms，是AT24C02芯片的要求；读取数据没有页的限制，可以一次全部读取256个字节

1. /* USER CODE BEGIN PV */
   3 m" @3 V# ]5 u5 y1 G( N
2. #define ADDR_24CXX_WRITE 0XA0
   ' N; \8 b: P  M+ |  W0 D0 H
3. #define ADDR_24CXX_READ  0XA1
   ) O3 E5 m# p/ _  b4 u
4. uint8_t WriteBuf[256];
   4 j0 ^; u6 d& `* `' b
5. uint8_t ReadBuf[256];
   ! F  ~7 ?/ V5 e: ?) S, r% ~
6. uint16_t i,j;
   9 T) V' B3 ^: U5 E, I3 z
7. /* USER CODE END PV */
   ; X) ~" K( t; V2 N
8. int main(void){
   " s1 j5 y& C8 J( F; }: [
9.   uint8_t key;
   
10.   HAL_Init();
    8 Z" n: f6 S) {7 v$ C
11.   SystemClock_Config();
    - B4 h6 A! H# j* O
12.   MX_GPIO_Init();
    
13.   MX_I2C2_Init();
    
14.   MX_USART1_UART_Init();
    ) n0 F; R4 |6 u0 r
15.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    6 P- C: E/ l) m* E% y4 ~. E: T
16.   AT24CXX_Init(void);
    
17.   printf("\r\n*********STM32CubeMX I2C AT24C02 Example*********\r\n");
    4 L) x$ L: z! e( G0 C' V1 R. _
18.   for(i = 0;i < 256; i++){         //初始化写数据缓冲区
    ; b& R( N7 [% `& f& C( c0 {  X
19.     WriteBuf[i] = i;
    
20.   }
    
21.   /* USER CODE END 2 */
    & `. h# R: H/ W8 f/ X
22.   while (1){
    
23.     key = KEY_Scan(0);
    & v1 x% q+ u0 m1 k
24.     if(key == KEY_UP_PRES){
    
25.       for(j = 0;j < 32;j++){        //按页写入EEPROM，分32次写入
    
26.         if(HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,ADDR_24CXX_WRITE,8*j,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,WriteBuf+8*j,8,0xFF) == HAL_OK){
    1 ^1 x! {1 @; l
27.           printf("\r\nEEPROM 24C02 Write Test OK!\r\n");
    * N' Y+ I  c) s- a; o
28.           HAL_Delay(5);
    9 b# d' d" G% m6 k+ K! t0 w
29.         }
    6 A7 G  h& y+ w& a8 T
30.         else{
    
31.           printf("\r\nEEPROM 24C02 Write Test False!\r\n");
    
32.           HAL_Delay(5);                                       
    9 w9 a: Y7 Q' N4 A
33.         }
    5 N$ t# `. z) a- z) s6 h$ v* B* [
34.       }
    
35.     }
    
36.     //EEPROM读取没有页限制，可以一次读取256个字节       
    0 O4 u0 H! X: b+ k
37.     if(key == KEY_DOWN_PRES){       
    
38.       HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,ReadBuf,256,0xFF);
    8 H$ ?$ F. A. b/ P! k
39.       for(i=0;i<256;i++){
    
40.         printf("0x%02X ",ReadBuf[i]);
    
41.       }
    3 N8 w8 ?* U7 \, z' \, G8 A" J
42.       //通过内存比较，判断读取和写入的数据是否相同       
    
43.       if(memcmp(WriteBuf,ReadBuf,256) == 0){       
    
44.         printf("\r\nEEPROM 24C02 Read Test OK!\r\n");
    
45.       }
    
46.       else{
    " j" f% o: x2 S: |: I
47.         printf("\r\nEEPROM 24C02 Read Test False!\r\n");
    & T; J6 u1 v2 Z+ s7 B  `* H
48.       }
    ' l* [5 x" x3 \& F, b
49.     }
    
50.        
      I* J5 }( o# J2 ~7 N' F4 H
51.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
      h& b$ F" n* k- v! ^
52.     HAL_Delay(500);
    3 t) i# n- w* }# Y  w# z
53.   }
    2 o: g. }5 }3 x, H* x
54. }

复制代码

4.下载验证

编译无误下载到开发板后，可以看到D1指示灯不断闪烁，当按下K_UP按键后数据写入到24C02芯片内，当按下K_DOWN按键后读取24C02芯片的值，同时串口打印出相应信息

, N) D& R4 F/ ~2 v( N

0 q& v+ z4 |( h+ A

转载自：嵌入式攻城狮

% N2 Q9 `9 f% i: g; {

如有侵权请联系删除
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! }7 i  n7 T. K