示波器观察IIC通讯协议-STM32F4读写24C08EEPROM时序图-新人首更
示波器观察时序不是因为好奇，是因为遇到了问题
STM32F4探索者开发板板载24C02EEPROM，自制了一块开发板，需要存储容量更大的24C08A芯片，焊接后发现开发板上能成功运行的程序，在自己的板子上无法运行，24C08和24C02贴片封装一样，制板时也没仔细看24Cxx系列数据手册，照着ExploerSTM32F4_V2.2_SCH设计了电路，发现问题后详细读了24Cxx系列手册，发现电路可以用，万幸！！
写的程序是根据例程实验24 IIC实验改的，用24C08不行，试一下24C02，飞线把24C02换上，下载程序，发现还是不能运行（这并不是24C02的问题，因为用到了LCD显示，有些参数是从24C02中读取显示的，读取有整型浮点型，用的是全新的24C02芯片，读出来转换会有点问题。这其实后来才明白的）。没办法，只能从头开始调，从例程开始，先实现能读写24C02，再用LCD显示。
把例程写进去，可以运行。再试试自己的程序，不行。多次实验突然有了点想法，把24C02先全部写0，再试试能不能运行。结果证明问题就出在这里，从24C02中读出数据转换成int会有问题，导致程序跑飞。24C02调成功后，不甘心24C08不能用，于是把24C02换成了24C08。
认认真真把24Cxx手册读了几遍，在网上搜了搜24C08读写程序，把24Cxx系列的随机读写时序弄明白了，看了看例程中的读写程序，也应该没错，把例程下进去，发现还是有问题，读出数据串口打印总是显示’？’，而且LCD显示不出来，心态快崩了呀。无意间看到有分享用逻辑分析仪观察IIC读写时序的，没有逻辑分析仪，示波器倒是有，又找了找用示波器观察IIC时序的文章。很久没用示波器了，找了找视频学习了下，终于把时序图弄出来了。通过观察IIC读写时序，还真的找出了问题，本来想的是通过观察比较24C02读写时序和24C08读写时序，看看24C08问题到底出在哪。在观察24C02读写时序时，发现产生停止信号时，SCL和SDA几乎是同时变为高，IIC协议中停止信号是SCL为高时，SDA由低变为高，恰当的做法是SCL拉高后，延时一段时间再将SDA拉高，回到例程，找到IIC_Stop()函数，发现延时SDA=1放到了延时之前，改了之后，下载运行，成功读写！！！把24C08全写为0，再把自己的程序下到里边，完美运行！！！
这次经历虽然有点糟心，但问题解决的那刻，心情还是很舒爽的。通过观察时序图，加深了对IIC的理解，用示波器进行故障排除真的是一种很好的方法。下面我就具体介绍24C08读写时序以及用示波器观察IIC时序的操作方法，如有错误还请大家指正。
1. IIC协议
IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由 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。它是由数据线 SDA 和时钟 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 IIC 总线一般可达 400kbps 以上。
1.1 IIC三种类型信号
- 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 8bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。 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。若未收到应答信号，则受控单元可能出现故障。
- IIC总线时序图：
开始结束信号时序图：
信号有效性：IIC在传数据时需要满足条件，SCL高电平期间，SDA电平必须稳定，SCL低电平期间，SDA电平可以变化。如图所示：
IIC写时序图：发送方每传完8bit数据等待接收应答信号，图中红线区域即为有效应答。
1.2 IIC程序代码
- 头文件相关定义
//IO方向设置
#define SDA_IN() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2;} //PB9输入模式
#define SDA_OUT() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=1<<9*2;} //PB9输出模式
//IO操作函数
#define IIC_SCL PBout(8) //SCL
#define IIC_SDA PBout(9) //SDA
#define READ_SDA PBin(9) //输入SDA - 初始化IIC
void IIC_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟
//GPIOB8,B9初始化设置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化
IIC_SCL=1;
IIC_SDA=1;
}- 开始、结束、应答（IIC_Stop(void)函数改过）：
//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
SDA_OUT(); //sda线输出
IIC_SDA=1;
IIC_SCL=1;
delay_us(4);
IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low
delay_us(4);
IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据
}
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();//sda线输出
IIC_SCL=0;
IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
delay_us(4);
IIC_SCL=1;
delay_us(4);
IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
// 0，接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
u8 ucErrTime=0;
SDA_IN(); //SDA设置为输入
IIC_SDA=1;delay_us(1);
IIC_SCL=1;delay_us(1);
while(READ_SDA)
{
ucErrTime++;
if(ucErrTime>250)
{
IIC_Stop();
return 1;
}
}
IIC_SCL=0;//时钟输出0
return 0;
}
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
}
//不产生ACK应答
void IIC_NAck(void)
{
IIC_SCL=0;
SDA_OUT();
IIC_SDA=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
} 例程中结束：
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();//sda线输出
IIC_SCL=0;
IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
delay_us(4);
IIC_SCL=1;
IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
delay_us(4);
}更改后结束：
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
SDA_OUT();//sda线输出
IIC_SCL=0;
IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
delay_us(4);
IIC_SCL=1;
delay_us(4);
IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号
}更改后的才是与时序图对应，也是24C08不能读的问题所在。
4. 发送接收一个字节：
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{
u8 t;
SDA_OUT();
IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
for(t=0;t<8;t++)
{
IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
txd<<=1;
delay_us(2); //对TEA5767这三个延时都是必须的
IIC_SCL=1;
delay_us(2);
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
}
}
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
SDA_IN();//SDA设置为输入
for(i=0;i<8;i++ )
{
IIC_SCL=0;
delay_us(2);
IIC_SCL=1;
receive<<=1;
if(READ_SDA)receive++;
delay_us(1);
}
if (!ack)
IIC_NAck();//发送nACK
else
IIC_Ack(); //发送ACK
return receive;
}
IIC用到的基本读写函数写完了，和24C02/08通信，实现特定地址的读写还需要按照芯片的要求写具体函数。
2. AT24Cxx
2.1 AT24Cxx内存地址
2.1.1
AT24C01A/02/04/08A/16A大小分别为128/256/512/1024/2048字节，掌握24Cxx地址组成才能实现指定地址的读写。封装引脚图：
需要注意的是A2、A1、A0三个脚，手册中是这样描述的：
对于24C02，大小为256字节，8位寻址，A0、A1、A2作为硬件寻址；而对于24C08A，1024字节，需要10位才能寻址，A0、A1用来页寻址，A2作为硬件选址，也就是说一个设备可以搭载2块24C08A，8块24C02。下图为设备地址表：
设备地址高四位固定为1010，A2、A1、A0与硬件电路连接有关，P0、P1、P2是页地址，最后一位代表读写操作，1表示读，0表示写。只有确定了设备地址（DEVICE ADDRESS）和字节地址（WORD ADDRESS），才能往指定地址读写。
2.1.2. 设备地址（DEVICE ADDRESS）的确定
以24C08为例，1K字节寻址需要10位，要写的地址位Addr，AddrH=（Addr/256），AddrL=(Addr%256)，AddrH与设备地址里的A1、A0对应，假设A2位为0表示选中该片24C08（可以搭载2片24C08），高四位为1010，最低位为0表示写。则DEVICE ADDRESS可由此计算得来：0XA0+((WriteAddr/256)<<1)
字节地址：WORD ADDRESS=Addr%256
2.2 时序图
- 单字节写时序图：
以24C08为例，根据时序图，字节写过程如下：发送开始信号，发送设备地址，等待应答，发送字节地址，等待应答，发送数据，等待应答，发送停止信号。
//在AT24CXX指定地址写入一个数据
//WriteAddr :写入数据的目的地址
//DataToWrite:要写入的数据
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)
{
IIC_Start();
if(EE_TYPE>AT24C16)
{
IIC_Send_Byte(0XA0); //发送写命令
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);//发送高地址
}else IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1)); //发送器件地址0XA0,写数据
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(WriteAddr%256); //发送低地址
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(DataToWrite); //发送字节
IIC_Wait_Ack();
IIC_Stop();//产生一个停止条件
delay_ms(20);
}- 单字节读时序图：
单字节读过程：发送开始信号，发送设备地址（0XA0+((WriteAddr/256)<<1)），等待应答，发送字节地址，等待应答；发送开始信号，发送设备地址读（0XA1+((WriteAddr/256)<<1)），等待应答，读数据，发送停止信号。代码如下：
//在AT24CXX指定地址读出一个数据
//ReadAddr:开始读数的地址
//返回值 :读到的数据
u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)
{
u8 temp=0;
IIC_Start();
if(EE_TYPE>AT24C16)
{
IIC_Send_Byte(0XA0); //发送写命令
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);//发送高地址
}else IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1)); //发送器件地址0XA0,写数据
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(ReadAddr%256); //发送低地址
IIC_Wait_Ack();
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(0XA1+((ReadAddr/256)<<1));
// IIC_Send_Byte(0XA1); //进入接收模式
IIC_Wait_Ack();
temp=IIC_Read_Byte(0);
IIC_Stop();//产生一个停止条件
return temp;
}3. 示波器观察IIC波形
用的是RIGOL DS1102D示波器，基本忘了怎么用了，在网上找视频学了学。
3.1 RIGOL DS1102D基本设置
示波器实物图：
CH1接SDA，CH2接SCL，CHI电压幅度调节为2V，CH2电压幅度调节为2V，时间调整为100或200us(根据IIC频率设置，设置不当可能观察不到波形或观察不到完整的波形)。触发模式选择边沿触发，边沿类型选下降沿触发，触发信源选择CH1（CH1接SDA，IIC通讯时会先发开始信号，、即SCL为高时，SDA由高变为低，最先变化的时SDA，且第一个边沿为下降沿），触发方式为单次触发，边沿触发需要设定TRIGGER值（电压越过该值认为是出现边沿），值在1.5-3.0V之间即可。设置完成后，连接SCL、SDA就可以进行观察了。
可以将每次的波形存储到U盘中，用WFMReader软件（下载地址）如下图，打开保存的wfm文件观察时序。波形显示后调节时间分度为50us，再保存到U盘中，会有更好的观察效果。
3.2 波形图：
3.2.1 单字节写
主程序中通过按键控制往24C08地址0写入/读出‘E’，波形图如下：
如图所示，SCL为蓝色，SDA为黄色，红色区域表示开始信号（SCL为高，SDA由高变低），之后在SCL为高时发送一位数据，发送8位后等待产生应答信号，右图中可以看出发送的数据一次为1010 0000，也就是设备地址0xA0，绿色区域为应答信号，参考IIC_Wait_Ack（），收到应答后就可以发送下一数据了。
第二个要发送的数据是字节地址，发送的是00000000，等待应答后发送要写的‘E’，波形图应该是发送：01000101。
单字节写的波形图到此结束，跟程序代码是相对应的，可以对比代码看波形图 。
3.2.2 单字节读
单字节写弄明白后，单字节读波形图也就很容易理解了。
开始信号，发送设备地址写（最低位为0），等应答。
收到应答后发送字节地址，再次发送开始信号。
发送设备地址读（最低位为1），进入接受模式。
读出来的数据是：01000101，是‘E’的ASCII码，非应答信号是24C08发出的，接收完数据后，结束信号是STM32发送的，一次完整的字节读到此结束。
IIC时序图、24Cxx读写时序图、程序代码、波形图是相对应的，仔细对比学习后，相信大家会对IIC读写过程会有更加深入的了解。