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

5 _- Y2 L7 o9 R5 s  \

⏩ 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）

• 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
  
  2 Q% q" `! J6 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
  
  9 w0 Y: i+ r+ A9 W6 |& J$ 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

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）

$ ?! T- V, @) C; Q7 T9 I: y8 h

6 b! J- Z1 `7 C3 `. C

下图为AT24C02的总线时序图和时间参数

. g' N* z( J" z

3 S) T, I1 Z3 u

6 E) X- b) [/ f2 G! K

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

5 v% @- i5 A; A3 k
# V" O) o+ z- p- d4 L
• 指示灯D1
• USART1串口
• AT24C02
  
  # ?, w! x% n( D8 I
• K_UP和K_DOWN按键
  
  
  - W5 i2 g0 F7 _
  

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;
   - W9 E+ o; ^- m2 L0 N; N  ]
3.   hi2c2.Init.ClockSpeed = 100000;
   
4.   hi2c2.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
     ?$ O! b8 ~8 p
5.   hi2c2.Init.OwnAddress1 = 0;
   
6.   hi2c2.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   . n: t4 X, @& p0 N$ A* c: E
7.   hi2c2.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   0 A/ }: }2 G4 C( C2 A: l; h2 X8 [% ^4 R
8.   hi2c2.Init.OwnAddress2 = 0;
   2 X3 Q0 _) r  V2 v6 A
9.   hi2c2.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
   
10.   hi2c2.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    
11.   if (HAL_I2C_Init(&hi2c2) != HAL_OK){
    
12.     Error_Handler();
    
13.   }
    $ P5 V- o. l6 k! A
14. }
    * g/ U' J& X4 n/ @( N* o
15. 
    - F  I5 q; I! I% E& j1 P2 c3 Z* ~8 N
16. void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle){
    ( |" L4 y1 F+ l" \4 ]$ z0 W
17.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    # R* _5 F" w- L# U6 v9 Y6 G% x- Y
18.   if(i2cHandle->Instance==I2C2){
    5 d/ g) [. i) E1 m/ L6 d
19.     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    ) v, g( |" \& B( X. X- W/ r
20.     /**I2C2 GPIO Configuration   
    . L+ r  ?7 s, M! Y  C) K
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;
    
26.     HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    5 b) H2 A' K% [+ ^3 ~
27.     /* I2C2 clock enable */
    . y- V+ o& w5 E" ]) V; M. p9 j
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*/
    ) A! g9 ?2 b* q# e9 n0 Z
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
   ! z- ^# V5 D- M" X# v& s7 Y
2. #define ADDR_24CXX_READ  0XA1
   
3. void AT24CXX_Init(void){
   / U! x9 M3 G1 \8 L- U  Z
4.   MX_I2C2_Init();       
   & @9 [% C4 E4 {: m' [1 A; K( C
5.   while(AT24CXX_Check()){
   
6.     printf("AT24C02 Checked Failed!\r\n");
   
7.     HAL_Delay(500);
   5 J0 ?8 E; G- C6 {) }
8.   }
   
9.   printf("AT24C02 Checked Sucessed!\r\n");
   ( v- o( o! L1 o3 B- l3 H( a' A
10. }
    
11. 
    
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);                                  
    : C8 y2 Y+ |7 @8 F/ G$ T
15.   if(temp==0x36)       
    ' \1 |1 o+ I4 A2 T4 {! F
16.     return 0;                  
    
17.   else{
    3 U/ b8 \# M8 ~9 r4 j
18.     uint8_t data = 0x36;
    
19.     HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,ADDR_24CXX_WRITE,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&data,1,0xff);
    3 J$ i/ N# X2 N: ~( Q; d& n/ o: @
20.     HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);          
    
21.     if(temp==0x36)       
    
22.       return 0;
    
23.   }
    
24.   return 1;                                                                                          
    ' v  Z, l2 M, J2 f) m$ {
25. }

复制代码

4 D5 U* }* |+ X- G5 k7 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 */
   
2. #define ADDR_24CXX_WRITE 0XA0
   
3. #define ADDR_24CXX_READ  0XA1
   
4. uint8_t WriteBuf[256];
   
5. uint8_t ReadBuf[256];
   " M2 F# `( k7 V% J! S1 J. h2 g
6. uint16_t i,j;
   * W! ~- Y3 j" X) v9 e
7. /* USER CODE END PV */
   
8. int main(void){
   
9.   uint8_t key;
   4 F: d% y4 [* X9 x" F
10.   HAL_Init();
    
11.   SystemClock_Config();
    7 g' n$ C* \/ Z% Q7 `
12.   MX_GPIO_Init();
    
13.   MX_I2C2_Init();
    
14.   MX_USART1_UART_Init();
    , L( y6 j7 E2 u/ R7 G$ ]- s1 s
15.   /* USER CODE BEGIN 2 */
    # `# s/ m& `* K
16.   AT24CXX_Init(void);
    
17.   printf("\r\n*********STM32CubeMX I2C AT24C02 Example*********\r\n");
    $ C9 Z& S; k( q/ z5 Q$ C5 }7 E
18.   for(i = 0;i < 256; i++){         //初始化写数据缓冲区
    ( {* }8 r5 Z8 w! y/ P
19.     WriteBuf[i] = i;
    
20.   }
    
21.   /* USER CODE END 2 */
    
22.   while (1){
    4 t& W& U9 K! s7 H) y, N
23.     key = KEY_Scan(0);
    7 @( R- x+ _, G4 Q
24.     if(key == KEY_UP_PRES){
    4 y6 ^4 |# `# x: t8 [3 s# t; }; O* k+ B
25.       for(j = 0;j < 32;j++){        //按页写入EEPROM，分32次写入
    9 d3 {4 o0 q3 |0 h
26.         if(HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,ADDR_24CXX_WRITE,8*j,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,WriteBuf+8*j,8,0xFF) == HAL_OK){
    # F* v! P- i( w7 H1 r4 M5 d& |: z: g
27.           printf("\r\nEEPROM 24C02 Write Test OK!\r\n");
    ! t4 [  `$ T2 s& l' [
28.           HAL_Delay(5);
    
29.         }
    ; |/ C/ w* B; [1 V$ X2 V0 A' H4 z
30.         else{
    
31.           printf("\r\nEEPROM 24C02 Write Test False!\r\n");
    
32.           HAL_Delay(5);                                       
    + J4 l+ D! S3 \1 C
33.         }
    
34.       }
    % r* _3 X% d7 V" n6 z8 Y
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);
    
39.       for(i=0;i<256;i++){
    
40.         printf("0x%02X ",ReadBuf[i]);
    & t/ Q/ f1 C4 {9 d: u# P9 P$ r% j
41.       }
    
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){       
    4 Z- S/ a" ^& z4 D- F' T
44.         printf("\r\nEEPROM 24C02 Read Test OK!\r\n");
    
45.       }
    
46.       else{
    
47.         printf("\r\nEEPROM 24C02 Read Test False!\r\n");
    % m! \8 f( ]. j, f  H  ?9 h
48.       }
    
49.     }
    
50.        
    
51.     HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_0);
    0 A' g5 E* [/ ~8 a: M+ h: C
52.     HAL_Delay(500);
    
53.   }
    
54. }

复制代码

, Q$ N  v  X# V+ G2 l" w5 c

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

/ C8 [# Z  Q/ O+ q2 P

转载自：嵌入式攻城狮

* ?3 n$ ~) g' Q- }$ R

如有侵权请联系删除
  i$ z' j" x. g0 V