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

; E. Z) C1 a" u" d: `

3 ?4 Y& x( t2 ~0 \" a

⏩ 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）

  }0 N; I" ~  G9 K/ f# V$ \
' S  n  G: ]* i0 H
• 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
  
  
  

' Z# t8 {0 ]' [$ I: z2 q, d  r

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

$ F/ y6 G4 A4 V- D+ I$ u

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）

4 o# J& R. \6 f7 c& ?

下图为AT24C02的总线时序图和时间参数

0 L6 C. J( e* U" f% Q! S

8 g; K; d; ~8 \' \  _7 |( e

/ ]& ^/ Z- H1 P4 k2 X' `7 X5 C9 I8 ?. I

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

$ g( A% w5 d' f/ o4 U$ c
• 指示灯D1
• USART1串口
• AT24C02
  
  & n* A3 D+ U, A" Y0 w/ H
• K_UP和K_DOWN按键
  + v# B- W0 D/ j  S( {
  
  , Z3 b+ y0 A/ _/ r
  

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

' b$ c& h# I1 g! L+ u# P9 u& A8 [

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.   hi2c2.Instance = I2C2;
   . G% E- g+ {" A: I2 k, F+ }
3.   hi2c2.Init.ClockSpeed = 100000;
   
4.   hi2c2.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   
5.   hi2c2.Init.OwnAddress1 = 0;
   
6.   hi2c2.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   
7.   hi2c2.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   / {* w" f0 E( J) L* v6 U2 \& A7 p5 ]
8.   hi2c2.Init.OwnAddress2 = 0;
   
9.   hi2c2.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
   
10.   hi2c2.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    # K5 U4 }$ _9 \1 G$ X& Q
11.   if (HAL_I2C_Init(&hi2c2) != HAL_OK){
    
12.     Error_Handler();
    6 \+ j- @9 P& \" ?) }
13.   }
      ^% x' D7 ]( M8 E, u3 t
14. }
    
15. 
    
16. void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle){
    $ k' _/ s7 U9 s0 r' g
17.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    ; G' X: `# ^8 h( w3 _: q, G
18.   if(i2cHandle->Instance==I2C2){
    
19.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    * ?0 B  ]+ u/ J7 h/ g$ J5 T7 s7 o; ?/ H
20.     /**I2C2 GPIO Configuration   
    
21.     PB10     ------> I2C2_SCL
    
22.     PB11     ------> I2C2_SDA*/
    
23.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11;
    
24.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
    
25.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    ( A6 e- J  F- b8 r) A7 H
26.     HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
27.     /* I2C2 clock enable */
    
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
    # ^# f8 A5 Q  L- k: A$ o. Q2 ?
29.       初始化之前，但是这里没有调整也能够正常读写EEPROM*/
    
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
   7 {0 D* g5 {6 r# m2 X
2. #define ADDR_24CXX_READ  0XA1
   
3. void AT24CXX_Init(void){
   
4.   MX_I2C2_Init();       
   
5.   while(AT24CXX_Check()){
   
6.     printf("AT24C02 Checked Failed!\r\n");
   " d6 H; L2 j, d% O% k; [+ |9 A
7.     HAL_Delay(500);
   
8.   }
   8 z7 S  b) U" L' p. I
9.   printf("AT24C02 Checked Sucessed!\r\n");
   
10. }
    
11. 
    
12. uint8_t AT24CXX_Check(void){
    : M; K0 H* W5 B% R
13.   uint8_t temp;
    
14.   HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);                                  
    . q4 C; G& `/ h( S* A+ b
15.   if(temp==0x36)       
    
16.     return 0;                  
    / z. x0 Y: u9 m: o- v
17.   else{
    
18.     uint8_t data = 0x36;
    * w# d- E2 c& |& E
19.     HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,ADDR_24CXX_WRITE,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&data,1,0xff);
    
20.     HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);          
    6 f6 Z  @( p7 b, u' _
21.     if(temp==0x36)       
    6 q. e1 ~( w. Z
22.       return 0;
    # M; ?( `  C/ N/ h3 \' O
23.   }
    - w3 i, ?9 f; z3 ^* A
24.   return 1;                                                                                          
    
25. }

复制代码

) M9 l+ {6 K8 Q( P/ I

➡️ 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 z! R# q. e( w0 [) y: ?- [0 l
2. #define ADDR_24CXX_WRITE 0XA0
   3 F( H1 A, n: R$ f. T
3. #define ADDR_24CXX_READ  0XA1
   5 ^& t( e$ y3 Z. g. a9 r
4. uint8_t WriteBuf[256];
   # r$ e6 w9 i. O6 ?/ v
5. uint8_t ReadBuf[256];
   
6. uint16_t i,j;
   
7. /* USER CODE END PV */
   
8. int main(void){
   ; a" t9 M& q7 ]7 d8 T
9.   uint8_t key;
   ; r' p# _% G. S( I" D* J5 B  {% ]3 X
10.   HAL_Init();
    % q8 g% t8 X6 Z, t& s- O/ W
11.   SystemClock_Config();
    
12.   MX_GPIO_Init();
    
13.   MX_I2C2_Init();
    
14.   MX_USART1_UART_Init();
    & f$ D5 j1 f7 L* M; |
15.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    
16.   AT24CXX_Init(void);
    
17.   printf("\r\n*********STM32CubeMX I2C AT24C02 Example*********\r\n");
    
18.   for(i = 0;i < 256; i++){         //初始化写数据缓冲区
    4 }4 Q3 Q5 B7 l5 e5 N
19.     WriteBuf[i] = i;
    ( j  q  X. J4 h$ f  \1 L
20.   }
    
21.   /* USER CODE END 2 */
    
22.   while (1){
    
23.     key = KEY_Scan(0);
    
24.     if(key == KEY_UP_PRES){
    6 q, k2 O8 m% B3 }$ z0 X) ?
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){
    
27.           printf("\r\nEEPROM 24C02 Write Test OK!\r\n");
    
28.           HAL_Delay(5);
    
29.         }
    
30.         else{
    ! f! ~* K- c1 l" Z3 E
31.           printf("\r\nEEPROM 24C02 Write Test False!\r\n");
    
32.           HAL_Delay(5);                                       
    
33.         }
    
34.       }
    
35.     }
    # m/ |+ s/ s$ r4 L) m' n
36.     //EEPROM读取没有页限制，可以一次读取256个字节       
    # r" K* j- t$ q+ O( @) n
37.     if(key == KEY_DOWN_PRES){       
    & h  e, X8 d) \% Q6 n/ x
38.       HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,ReadBuf,256,0xFF);
    
39.       for(i=0;i<256;i++){
    ; W+ a, j& [  N6 H+ E/ b. n
40.         printf("0x%02X ",ReadBuf[i]);
    - R2 o+ d# D- W. t8 X5 p9 U3 u
41.       }
    
42.       //通过内存比较，判断读取和写入的数据是否相同       
    1 q' t+ L- _2 U+ ~9 z
43.       if(memcmp(WriteBuf,ReadBuf,256) == 0){       
    
44.         printf("\r\nEEPROM 24C02 Read Test OK!\r\n");
    
45.       }
    , F& C; I& C* c
46.       else{
    
47.         printf("\r\nEEPROM 24C02 Read Test False!\r\n");
    7 d1 s: L* ~9 }
48.       }
    9 x1 b5 f2 o, L) t
49.     }
    9 g9 d* K: v6 _+ p
50.        
    
51.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    . J: ~$ |% C" T: h" H% B0 Z
52.     HAL_Delay(500);
    # X; d( B+ Y$ s3 {- R) Q) }7 j7 g$ \
53.   }
    
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

) o7 J9 ~$ ~1 }. U8 n, y5 t: Y; s
, L3 T' a, z/ x9 b! w

转载自：嵌入式攻城狮

2 h1 P# n1 z8 h& y" G; E' Y

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如有侵权请联系删除
3 T. I; \5 |2 B3 F3 f

5 @- e6 E. ~6 C9 m* {