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

. B- P/ p. p. e1 O

, u8 U; T' p) a9 W2 w* P# y$ c8 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）

& Q  x! @) Y( m; X( C3 s) 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
  
  
    R' f6 m( T. m" t

" m7 V2 U* C) u- L) l! q6 K

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

% x4 c4 Z7 Z+ c. G# z

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）

- J8 e+ g: W2 I9 ?. ^

下图为AT24C02的总线时序图和时间参数

5 L/ r/ e5 X" D* ]; `1 b

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 z. r5 b' F0 L% D3 j

• 指示灯D1
• USART1串口
• AT24C02
  
  ) f0 z( {1 B, O3 Y
• K_UP和K_DOWN按键
  
  
  
  + ?6 i% C- Y9 o, g: C2 C, C

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

5 P8 i* s' ?# ~, q8 o* K% Q

" v% n2 h- S0 g

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;
   
4.   hi2c2.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   6 u3 C0 _1 v& Z3 T0 b2 k
5.   hi2c2.Init.OwnAddress1 = 0;
   
6.   hi2c2.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   
7.   hi2c2.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   ( Q5 s6 b& \3 Z. F  U2 T
8.   hi2c2.Init.OwnAddress2 = 0;
   + U: J5 f' \+ x+ C! r
9.   hi2c2.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
   $ n. P8 ]$ j7 c% v) G+ O
10.   hi2c2.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    
11.   if (HAL_I2C_Init(&hi2c2) != HAL_OK){
    / i( K2 Y2 |6 V3 C" v/ w! ]' O3 k
12.     Error_Handler();
    
13.   }
    
14. }
    
15. 
    
16. void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle){
    
17.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
18.   if(i2cHandle->Instance==I2C2){
    
19.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    , _! l2 `) O: _6 B% b7 G
20.     /**I2C2 GPIO Configuration   
    $ `- Y! K2 D5 N) T' B3 ]9 B8 ?) I
21.     PB10     ------> I2C2_SCL
    - F2 S6 r- u/ J* N
22.     PB11     ------> I2C2_SDA*/
    
23.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11;
    6 y% R) z9 J( _2 f; {1 p
24.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
    
25.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    
26.     HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    
27.     /* I2C2 clock enable */
    5 i1 a% T1 z: D# {1 k4 u) z
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
    ! ~$ |3 n2 B! ?# n4 ~
29.       初始化之前，但是这里没有调整也能够正常读写EEPROM*/
    3 p0 a5 s9 o% r
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
   $ Q) C0 U- j& ]+ |9 N) A5 M
2. #define ADDR_24CXX_READ  0XA1
   
3. void AT24CXX_Init(void){
   
4.   MX_I2C2_Init();       
   + n1 Q; F$ x* G& ?2 ~: B
5.   while(AT24CXX_Check()){
   
6.     printf("AT24C02 Checked Failed!\r\n");
   * Y% q. Z  M6 x
7.     HAL_Delay(500);
   6 @# t# q5 r- ~+ Z3 r. _
8.   }
   , ]6 h6 G: H# |* ~7 y
9.   printf("AT24C02 Checked Sucessed!\r\n");
   8 z4 ]! j6 e( D% S3 L' l" V' k: J4 k
10. }
    6 d: U6 j% _4 v) g
11. 
    
12. uint8_t AT24CXX_Check(void){
    - g/ ~' J8 O; S. @0 W3 J
13.   uint8_t temp;
    
14.   HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);                                  
    7 n; L3 q( p, Z% G2 [  g
15.   if(temp==0x36)       
    ! ~- r" }7 @' ]/ y  a) ]0 G2 G. G
16.     return 0;                  
    
17.   else{
    ! Z! ~+ U: f4 c6 C# B
18.     uint8_t data = 0x36;
    1 R8 Q# `  }+ H6 x
19.     HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,ADDR_24CXX_WRITE,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&data,1,0xff);
    ; l) K+ x1 r5 E$ x4 m" o. C
20.     HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);          
    ( M9 v# U1 U0 J. d
21.     if(temp==0x36)       
    3 ^* d( L# p$ a: P+ y+ \: l1 K$ z1 Y
22.       return 0;
    ( d+ T  @: Y, }: w3 g2 B
23.   }
    $ ^8 Q( C: V: Z; c/ M) b4 K) t
24.   return 1;                                                                                          
    
25. }

复制代码

! g' N) y( y6 ~# Y/ R: B

➡️ 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 */
   , F1 K! X! e- ^2 Z9 b; _- b* ^
2. #define ADDR_24CXX_WRITE 0XA0
   
3. #define ADDR_24CXX_READ  0XA1
   ( G  L! g1 ^1 o' n  r6 W
4. uint8_t WriteBuf[256];
   3 [( [3 f9 `" i. r) J, }
5. uint8_t ReadBuf[256];
   
6. uint16_t i,j;
   
7. /* USER CODE END PV */
   1 U% M% \: U2 I* F: d# y* ~+ `
8. int main(void){
   / V; x6 G6 z. e2 z8 U
9.   uint8_t key;
   ; u6 O$ `# ~* n; c& Z5 n  j: Q6 b: D
10.   HAL_Init();
    
11.   SystemClock_Config();
    
12.   MX_GPIO_Init();
    
13.   MX_I2C2_Init();
    ; S0 j3 s  G2 D& L2 W
14.   MX_USART1_UART_Init();
    
15.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    0 H* C- S/ Y2 u1 a2 d
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
    1 |$ ?3 Y4 N8 |2 h' {) o
19.     WriteBuf[i] = i;
    , @1 m& u, N6 n- U/ y) k
20.   }
    6 H1 q, E  w) M7 i
21.   /* USER CODE END 2 */
    1 N& w9 Y' J% d  X4 v
22.   while (1){
    
23.     key = KEY_Scan(0);
    / u! n) x3 p2 Z0 I0 V
24.     if(key == KEY_UP_PRES){
    " Q, c7 N( b* {, E2 P1 ^
25.       for(j = 0;j < 32;j++){        //按页写入EEPROM，分32次写入
    & ]( [5 T. \5 S0 R# g  [- I
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);
    + t. g8 R* _8 f9 S( }1 `: ^
29.         }
    ' A. ?+ A1 K4 D* b8 O3 f; @
30.         else{
    
31.           printf("\r\nEEPROM 24C02 Write Test False!\r\n");
    0 N, U1 B2 p3 k5 e" }
32.           HAL_Delay(5);                                       
    
33.         }
    
34.       }
    
35.     }
    
36.     //EEPROM读取没有页限制，可以一次读取256个字节       
    
37.     if(key == KEY_DOWN_PRES){       
    0 S- d3 N0 v5 P, A+ t$ P. ~0 X
38.       HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,ReadBuf,256,0xFF);
    - G* E  O, u+ E* v# q& C0 ?
39.       for(i=0;i<256;i++){
    
40.         printf("0x%02X ",ReadBuf[i]);
    
41.       }
    6 Z4 E# b3 C2 \8 `: Y; [
42.       //通过内存比较，判断读取和写入的数据是否相同       
    ' b5 p5 G0 Q0 ?$ H
43.       if(memcmp(WriteBuf,ReadBuf,256) == 0){       
    
44.         printf("\r\nEEPROM 24C02 Read Test OK!\r\n");
    9 x( |4 H; ?% B" f
45.       }
    
46.       else{
    
47.         printf("\r\nEEPROM 24C02 Read Test False!\r\n");
    1 r% T- M# G5 S$ d+ E' i" g
48.       }
    2 }! f' P* [7 ^& u- I0 R9 X) P
49.     }
    8 B; \9 M+ d; z8 f' m2 N" V2 g
50.        
    8 {  p! e! p+ ]2 T
51.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    8 O, V  ^1 |/ P& L/ f9 F
52.     HAL_Delay(500);
    
53.   }
    . L; I: Z: _3 p0 g
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

  y, i/ q% ?1 u/ C! O+ B. L7 p# H

0 c6 N" T- w( o, a  E5 M2 Z2 g: v

转载自：嵌入式攻城狮

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' w8 P. l% X$ @: n