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

  p, W) R" h8 s2 I1 }

9 _. A  G+ K: m% c3 z

⏩ 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）

$ A& Z7 H: q' H$ m, W5 F0 R4 r
; D! s7 |% h: P6 j6 L
• 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
  
  " G( U* b/ `8 N9 ~& @& L/ ?
• 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
  
  ' e2 O- d; n5 k7 q( i# Z
  & v* x) r* U* G+ b0 J; `9 [

5 C: v- q* v" M/ |  ~

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; @* l% `: z

- a0 n0 f' i* g( e- T+ `$ p  q- o

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）

下图为AT24C02的总线时序图和时间参数

5 z; g5 l0 K8 t6 b) b5 ?

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

3 J: X7 r* f+ {  u: l* G* E" s  v
• 指示灯D1
• USART1串口
• AT24C02
  
  
• K_UP和K_DOWN按键
  , z* j4 b7 n" ^( j! n! \& b
  
  
  

/ o1 Z3 _0 }- ?5 K5 D

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.   hi2c2.Instance = I2C2;
   # X2 K8 e5 ?% j; P
3.   hi2c2.Init.ClockSpeed = 100000;
   . s* }" [: g+ V0 t& E, Y: E! Q
4.   hi2c2.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   
5.   hi2c2.Init.OwnAddress1 = 0;
   * w+ }) H3 a7 y5 D% K- y
6.   hi2c2.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   
7.   hi2c2.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   . a/ Q$ x: Q8 q; h3 a
8.   hi2c2.Init.OwnAddress2 = 0;
   
9.   hi2c2.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
   ( _, |0 C( T. M' I% W9 V& d# U) n
10.   hi2c2.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    , x8 O) M5 p6 ?- D$ }0 ~  ~
11.   if (HAL_I2C_Init(&hi2c2) != HAL_OK){
    / h" j1 O7 f/ |  I# l( k; \
12.     Error_Handler();
    
13.   }
    7 X' [) Y! l/ j5 v- [4 t
14. }
    
15. 
    
16. void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle){
    # f8 q, O) H/ G: E
17.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    
18.   if(i2cHandle->Instance==I2C2){
    
19.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    
20.     /**I2C2 GPIO Configuration   
    
21.     PB10     ------> I2C2_SCL
    
22.     PB11     ------> I2C2_SDA*/
    " Q4 J! s. g( \
23.     GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11;
    
24.     GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
    : L3 P  T: n/ M+ R$ k
25.     GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    
26.     HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    $ F3 F1 @. {; a8 m5 c
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
    
29.       初始化之前，但是这里没有调整也能够正常读写EEPROM*/
    ! X, [5 _( v& d
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
   " D1 s: Y1 l( ?$ p2 w
2. #define ADDR_24CXX_READ  0XA1
   * P  e6 F0 U5 q5 \% V
3. void AT24CXX_Init(void){
   8 U' c, [2 N+ ^
4.   MX_I2C2_Init();       
   1 h2 ?: a6 m: _2 e) _6 R2 g4 V
5.   while(AT24CXX_Check()){
   
6.     printf("AT24C02 Checked Failed!\r\n");
   ( @1 M) ~) p/ M$ t
7.     HAL_Delay(500);
   
8.   }
   
9.   printf("AT24C02 Checked Sucessed!\r\n");
   * ^  K+ q# j6 g( g# ^" f  `- d8 k
10. }
    $ B3 p) r, P0 z( d; b$ j
11. 
    
12. uint8_t AT24CXX_Check(void){
    % b+ @, X* E& L' F6 T$ z
13.   uint8_t temp;
    
14.   HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);                                  
    
15.   if(temp==0x36)       
    6 B) h4 d0 n- A" o( y1 K; q: y6 [; v
16.     return 0;                  
    . n' v0 s4 t0 K/ G5 x
17.   else{
    
18.     uint8_t data = 0x36;
    : `1 X5 w" J, N4 ~( X$ p" L  f
19.     HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,ADDR_24CXX_WRITE,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&data,1,0xff);
    " m! }( H% ~# L" K4 U6 G
20.     HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);          
    
21.     if(temp==0x36)       
    ! X4 ?! l& x9 H" y+ @1 W
22.       return 0;
    * G0 |# |' [( s/ T8 D) n8 L
23.   }
    
24.   return 1;                                                                                          
    1 d/ d# F5 T7 U& K3 s
25. }

复制代码

+ J2 Y, y$ ]3 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 */
   + K; K, s8 s/ A3 v: v  g
2. #define ADDR_24CXX_WRITE 0XA0
   
3. #define ADDR_24CXX_READ  0XA1
   " I8 `9 I" X/ b4 E
4. uint8_t WriteBuf[256];
   
5. uint8_t ReadBuf[256];
   
6. uint16_t i,j;
   ; k, Q( K+ k5 ^; N9 d
7. /* USER CODE END PV */
   
8. int main(void){
   
9.   uint8_t key;
   
10.   HAL_Init();
    
11.   SystemClock_Config();
    1 a& L5 ]( T# `2 }/ C& i8 t* n
12.   MX_GPIO_Init();
    ) ~; g( J% p: U2 x
13.   MX_I2C2_Init();
    - H) U/ W3 Q2 c$ w3 H1 x
14.   MX_USART1_UART_Init();
    3 x' c0 c1 L  E7 D# C  e
15.   /* USER CODE BEGIN 2 */
      H7 n5 H* I# _$ \& _# p
16.   AT24CXX_Init(void);
    ! u- p" b8 d7 {5 @" J
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
    0 Z5 }7 d9 I6 m8 c" G5 D' r
19.     WriteBuf[i] = i;
    $ A; J5 e, r: ?: X+ ]
20.   }
    
21.   /* USER CODE END 2 */
    8 E# L+ J% P% Z, g
22.   while (1){
    2 v+ w) T. g9 Q8 O7 k2 @& c* t+ {
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){
    
27.           printf("\r\nEEPROM 24C02 Write Test OK!\r\n");
    4 \0 |; @! g5 U1 I/ q) [. [/ k
28.           HAL_Delay(5);
    ! r! i4 k* I* P1 h6 Q
29.         }
    , s+ ~2 p5 _# P+ ]5 f
30.         else{
    & d; X* i7 e, k& K3 U8 c1 @
31.           printf("\r\nEEPROM 24C02 Write Test False!\r\n");
    & x' s8 _8 F/ ]2 I1 R! w9 ~
32.           HAL_Delay(5);                                       
    
33.         }
    + _2 m+ N' R  W8 Y, K8 f
34.       }
    4 K" r. F# P6 n/ ]' b! X1 f, h2 c/ C
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){       
    
38.       HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,ReadBuf,256,0xFF);
    1 X4 U3 y  h9 K% P/ `3 V8 j
39.       for(i=0;i<256;i++){
    + |  j" x5 _$ ^, O, z, x9 w  ?
40.         printf("0x%02X ",ReadBuf[i]);
    % B; Q$ e5 g( M- e& ?
41.       }
    
42.       //通过内存比较，判断读取和写入的数据是否相同       
    7 _2 l0 o6 m8 y* C* w* n% s' X: `6 [
43.       if(memcmp(WriteBuf,ReadBuf,256) == 0){       
    0 z7 I+ N; {! v
44.         printf("\r\nEEPROM 24C02 Read Test OK!\r\n");
    
45.       }
    - h6 S6 F5 f& g' c& o, B! Y
46.       else{
    2 e6 B1 g/ q/ a0 C
47.         printf("\r\nEEPROM 24C02 Read Test False!\r\n");
    
48.       }
    ) l1 w# X8 I+ C/ X) J3 Q* s) S# P8 \
49.     }
    ( f; F; }9 B' D4 O: b
50.        
    
51.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    6 p. G( y; _: ~1 j# `$ c
52.     HAL_Delay(500);
    - c: K8 t+ X5 M9 P2 k+ X
53.   }
    
54. }

复制代码

3 O' c+ [5 b) [$ m7 p# x7 h

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

转载自：嵌入式攻城狮

5 @1 m0 |5 G% J. A$ h* s1 Q; Z9 R

如有侵权请联系删除
$ F/ z- V; g8 w, ^( Y

5 O: V: Y. C$ g& Y/ S7 u