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

0 i8 O4 O7 j9 }* a4 I

⏩ 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）

- f0 ^& `" S% p1 i

• 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
  
  
  ' N- ^9 b/ N& b4 ?

; A6 ?" Z8 ?/ B( _2 l7 I' J0 p

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

0 G" F6 {$ X1 ]. J" [3 i& S

, v% Z9 b! v( Q; W# @9 b, b$ l* L

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）

* J7 a0 c; Q+ c" q

下图为AT24C02的总线时序图和时间参数

9 [. B  j9 x8 r7 d

* i% O0 T% Z" p$ p) D

4 ?, o# z- e4 z0 p2 S' m

! r* @* E, J1 {+ M' r( N6 T# C5 Q

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

0 A7 w- Q. q- u  k, b

• 指示灯D1
• USART1串口
• AT24C02
  
  
• K_UP和K_DOWN按键
  
  
  
  1 @! K4 K: T! K; @

2 Z6 \" a9 T; w3 M

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

% m: G8 f/ a+ a8 ?' x% j0 w

/ v& U9 ^1 i  }8 |4 t+ t

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;
   
3.   hi2c2.Init.ClockSpeed = 100000;
   # C% b, r9 M6 U; v. v
4.   hi2c2.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   " ?; U0 t1 e: c) [' d% `
5.   hi2c2.Init.OwnAddress1 = 0;
     M- G2 H2 `* U
6.   hi2c2.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   
7.   hi2c2.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   
8.   hi2c2.Init.OwnAddress2 = 0;
   
9.   hi2c2.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
   , C4 }* O. A) Y3 l; T9 L
10.   hi2c2.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    1 {; F: Q# l. q+ k' n
11.   if (HAL_I2C_Init(&hi2c2) != HAL_OK){
    # |8 M* K7 g9 Q
12.     Error_Handler();
    5 m! P9 O( A. S# x; \* V- Y
13.   }
    % N, |* z" f  F+ r+ Q, I
14. }
    
15. 
    
16. void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle){
    4 f  `; ?' S9 u3 o+ D* x
17.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    1 n" o9 B" m3 l8 b' C4 t
18.   if(i2cHandle->Instance==I2C2){
    $ R( l3 s# d8 a
19.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
20.     /**I2C2 GPIO Configuration   
      J6 }9 `7 C3 k% a+ f# E( A6 p
21.     PB10     ------> I2C2_SCL
    3 \2 R2 B6 s4 c- @
22.     PB11     ------> I2C2_SDA*/
    + ^4 [1 d8 S9 x
23.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11;
    9 K4 c$ S6 p9 Y
24.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
    % f3 G( M) T+ a+ {% B' p% `
25.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    
26.     HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    $ S2 J- j6 v2 H3 C, k
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
    / k: m" M, j# S  `
29.       初始化之前，但是这里没有调整也能够正常读写EEPROM*/
    4 M8 z  A( k2 X
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
   , F' P) D9 p, w- w& c! l
2. #define ADDR_24CXX_READ  0XA1
   . ?8 ?9 u% R& u+ [. N
3. void AT24CXX_Init(void){
   
4.   MX_I2C2_Init();       
   
5.   while(AT24CXX_Check()){
   2 c8 f% S) ?5 b( j8 s
6.     printf("AT24C02 Checked Failed!\r\n");
   
7.     HAL_Delay(500);
   
8.   }
   ( P) A7 F4 D( v& K) l* M) V
9.   printf("AT24C02 Checked Sucessed!\r\n");
   " u7 i4 j+ Q( @; ?
10. }
    * o! ~1 b4 W7 w7 \  d* ^
11. 
    , }& f# U& s- t% Z8 a/ v" ]0 j
12. uint8_t AT24CXX_Check(void){
    
13.   uint8_t temp;
    
14.   HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);                                  
    1 v# B; W& E9 A( E  C
15.   if(temp==0x36)       
    
16.     return 0;                  
    
17.   else{
    
18.     uint8_t data = 0x36;
    6 t% a3 b1 O$ z5 H3 z# {
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);          
    
21.     if(temp==0x36)       
    ( ^9 U9 n$ x8 n7 P8 k
22.       return 0;
    
23.   }
    
24.   return 1;                                                                                          
    / J& a* {) W$ y5 n/ [
25. }

复制代码

' a9 y- G4 [! ]# @* r) I7 Y9 D

➡️ 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 */
   0 X. T* N5 z: Y+ L/ T
2. #define ADDR_24CXX_WRITE 0XA0
   
3. #define ADDR_24CXX_READ  0XA1
   9 U5 E2 E5 H+ K9 s, ^
4. uint8_t WriteBuf[256];
   
5. uint8_t ReadBuf[256];
   
6. uint16_t i,j;
   ' ^, |5 Q0 c2 _/ s, ^% K
7. /* USER CODE END PV */
   
8. int main(void){
   4 ~9 }) c1 b7 g+ Z% V6 W8 Z0 v
9.   uint8_t key;
   0 p5 J+ P  E, ^7 C2 W
10.   HAL_Init();
    # j& e* x' c( f
11.   SystemClock_Config();
    $ d, `8 Z+ q  R4 Y) Q% M% I
12.   MX_GPIO_Init();
    
13.   MX_I2C2_Init();
    ) R) H; Y0 u: ^: h
14.   MX_USART1_UART_Init();
    4 N7 G7 d# g9 K
15.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    ( I# Y3 ~' m6 H: z/ q6 s! t# E
16.   AT24CXX_Init(void);
    % t) r2 ?3 I4 L5 j6 W4 h
17.   printf("\r\n*********STM32CubeMX I2C AT24C02 Example*********\r\n");
    - u# O/ f5 K1 b3 m  b" N) O& p
18.   for(i = 0;i < 256; i++){         //初始化写数据缓冲区
    2 m7 a" M/ Y- R/ J, A2 q4 i
19.     WriteBuf[i] = i;
    0 y* a! i& V+ z! r% @
20.   }
    
21.   /* USER CODE END 2 */
    
22.   while (1){
    
23.     key = KEY_Scan(0);
    
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){
    + Z- d$ j& ^3 H. R+ x+ ]. f: [
27.           printf("\r\nEEPROM 24C02 Write Test OK!\r\n");
    
28.           HAL_Delay(5);
    
29.         }
    
30.         else{
    4 ^& n3 \! T4 S5 n- T" T
31.           printf("\r\nEEPROM 24C02 Write Test False!\r\n");
    ) F, P  z7 N# ?+ V/ _( G
32.           HAL_Delay(5);                                       
    - E5 W4 n, f# n1 q7 E
33.         }
    . {5 o+ [2 z7 Y/ V
34.       }
    9 A3 z7 j) R# @: S9 ~3 `- }; i, ^
35.     }
    ) j+ @# h! Z3 y8 ~% B
36.     //EEPROM读取没有页限制，可以一次读取256个字节       
    / R0 E$ a2 M) l: U, f
37.     if(key == KEY_DOWN_PRES){       
    
38.       HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,ReadBuf,256,0xFF);
    
39.       for(i=0;i<256;i++){
    5 v: y+ G1 |; n( V
40.         printf("0x%02X ",ReadBuf[i]);
    ( m1 [+ L5 T1 M; ^" O6 |3 `$ T; w9 D
41.       }
    
42.       //通过内存比较，判断读取和写入的数据是否相同       
    ! O1 v& @1 S  p  S
43.       if(memcmp(WriteBuf,ReadBuf,256) == 0){       
    
44.         printf("\r\nEEPROM 24C02 Read Test OK!\r\n");
    ( @7 S# z7 w' H& z, H; O* A/ `, _
45.       }
    
46.       else{
    : [1 T7 C# O( U& d- p( ^, b
47.         printf("\r\nEEPROM 24C02 Read Test False!\r\n");
    
48.       }
    
49.     }
    0 h" [0 d. j  K. Y2 \: ~; v" c
50.        
    4 t" L0 x5 p. ~
51.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    + i& n$ S& ]' K. ?# R
52.     HAL_Delay(500);
    9 q! x$ k8 O9 X6 C  T1 k$ k
53.   }
    
54. }

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9 Q' I! ^4 _+ _! O

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

- D/ h; J$ [$ |6 P! {( X$ i

3 Z' l' Z  w* i9 f

转载自：嵌入式攻城狮

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8 c5 _$ G; I8 l; E2 V& p

( Q/ f% [5 W& ]3 y1 J
% Q6 r7 j+ o7 F' B% ]