【单片机应用】IIC的基本操作原理及AT24CXX的具体应用
【单片机应用】IIC的基本操作原理及AT24CXX的具体应用**
** 这些天在调试stmf103跟at24c16之间的通讯，由于自己是个菜鸟所以中间过程磕磕绊绊，网上也查阅了相关资料再加上自己的一点点理解，今天我把它总结到这里。**
IIC总线
IIC（Inter－Integrated Circuit）总线是一种由PHILIPS公司在80年代开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。它是半双工通信方式。
在集成度较高的今天，IIC协议集成到了各种类及功能的IC芯片上。最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此IIC总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。如图所示，IIC总线可以挂载多个设备，理论上IIC总线最多可以挂载2^7（127）个设备。
IIC总线为两线制：SDA为数据线， SCL为时钟线
IIC协议
IIC总线在通讯过程中主要分为3种信号：起始信号，结束信号，应答信号。起始信号是必需的，结束信号和应答信号按具体情况可以省略。
**a.**起始信号：当时钟线SCL为高期间，数据线SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号；
**b.**停止信号：当时钟线SCL为高期间，数据线SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。
**c.**应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK，简称应答位），表示接收器已成功地接收了该字节；
**d.**应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功。
**e.**IIC总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有时钟信号为低电平时，数据线上的电平才允许变化。
**f.**每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（一帧共有9位）
AT24CXX
了解了IIC后我们接下来认识一下AT24CXX芯片。该芯片是EEPROM芯片，用于存储数据，掉电不丢失。
a.根据容量有多种方式：
一、容量为AT24C01~AT24C16，首先发送设备地址（8位地址），再发送数据地址（8位地址），再发送或者接受数据。
二、AT24C32/AT24C64~AT24C512，首先发送设备地址（8位地址），再发送高位数据地址，再发送地位数据地址，再发送或者接受数据。
三、容量AT24C1024的芯片,是把容量一和容量二的方法结合，设备地址中要用一位作为数据地址位，存储地址长度是17位。
b.设备地址根据容量不同有区别：
一、AT24C01AT24C16：这一类又分为两类，分别为AT24C01/AT24C02和AT24C04AT24C16;他们的设备地址为高7位，低1位用来作为读写标示位，1为读，0为写。
二、AT24C01/AT24C02。AT24C01/AT24C02的A0、A1、A2引脚作为7位设备地址的低三位，高4为固定为1010B，低三位A0、A1、A2确定了AT24CXX的设备地址，所以一根I2C线上最大可以接8个AT24CXX，地址为1010000B~1010111B。
三、AT24C04~AT24C16的 A0、A1、A2只使用一部分，不用的悬空或者接地（数据手册中写的是悬空不接）。举例：AT24C04只用A2、A1引脚作为设备地址，另外一位A0不用悬空，发送地址中对应的这位（A0）用来写入页寻址的页面号,一根I2C线上最大可以接4个，地址为101000xB~101011xB
AT24C32/AT24C64:和AT24C01/AT24C02一样，区别是，发送数据地址变成16位。
c.I2C总线协议规定，任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器。
主器件控制串行时钟和起始、停止信号的发生。主器件任何期间都可以发送或接收数据，但是主器件控制数据传送模式（发送或者接收）。WP写保护引脚：当该引脚连接到VCC，I2C器件内的内容被写保护（只能读）。如果允许对器件进行正常的读写，那么WP引脚需连接到地或者悬空。通过器件地址输入端A0、A1、A2可以实现讲最多8个at24c01器件和at24c02器件、4个at24c04器件、2个at24c08器件、1个at24c16器件连接到总线上。当总线上只有一个器件时，A0、A1、A2可以连接到地或者悬空。
d.以at24c01/at24c02 和at24C16 举例：
I2C总线上所有外围器件都有唯一的地址，这个地址由器件地址和引脚地址两部分组成。共7位。
器件地址是I2C器件固有的地址编码，器件出厂时已经给定，不可更改。
引脚地址由I2C总线外围器件的地址引脚A0、A1、A2决定，根据其在电路中接电源正极、接地或者悬空的不同，形成不同的地址代码。引脚地址数也决定了同一器件可接入总线的最大数目
e.上图可知 AT24C16 存储容量 16K = 2K字节 = 128（页面数）* 16 （每页的字节数） = 2^11 (寻址地址位数 11位)。
AT24C16内部有20488位的存储容量，即可以存储2K字节的数据。这2K字节被放在128个页内，每页存放16个字节。所以对AT24C16内部的访问需要11位地址（0-7ff）。
举个实际的例子：
对AT24C16访问时，按照页地址和页偏移量的方式进行访问。
比如要访问第100页的第3个字节，则在发送寻址的时候，就要发送0X0643,其中页地址的高三位放在器件地址中。
第100页的第3个字节 == 0X0643
0643 = 6 * 256 + 4 * 16 + 3 = （616+4）*16 + 3 = 1603
就是 100页的第3个字节。
所以在编写程序对AT24C16第100页的第3个字节进行写数据的时候，步骤如下：
1）发送起始信号；
2）发送器件地址0XAC（1010 1100，1010是固定地址，110是页地址的高三位，0表示写操作）；
3）发送操作地址0X43（0100 0010，0100是页地址的低四位，0010是页地址偏移量，即第100页内的第三个字节；
4）发送要写的数据；
5）发送终止信号。
STM32F103与AT24CXX之间的通讯
//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;
IIC_SDA=1; //发送I2C总线结束信号
delay_us(4);
}
//发送数据后，等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败，IIC直接退出
// 0，接收应答成功，什么都不做
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;
}
//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;
if((txd&0x80)>>7)
IIC_SDA=1;
else
IIC_SDA=0;
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;
}
#define AT24C01 127
#define AT24C02 255
#define AT24C04 511
#define AT24C08 1023
#define AT24C16 2047
#define AT24C32 4095
#define AT24C64 8191
#define AT24C128 16383
#define AT24C256 32767
//Mini STM32开发板使用的是24c02，所以定义EE_TYPE为AT24C02
#define EE_TYPE AT24C02
//初始化IIC接口
void AT24CXX_Init(void)
{
IIC_Init();
}
//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) //为了兼容24Cxx中其他的版本
{
IIC_Send_Byte(0XA0); //发送写命令
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8); //发送高地址
IIC_Wait_Ack();
}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); //进入接收模式
IIC_Wait_Ack();
temp=IIC_Read_Byte(0); //读一个字节，非应答信号信号
IIC_Stop(); //产生一个停止条件
return temp;
}
//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(10);
}
//在AT24CXX里面的指定地址开始写入长度为Len的数据
//该函数用于写入16bit或者32bit的数据.
//WriteAddr :开始写入的地址
//DataToWrite:数据数组首地址
//Len :要写入数据的长度2,4
void AT24CXX_WriteLenByte(u16 WriteAddr,u32 DataToWrite,u8 Len)
{
u8 t;
for(t=0;t>(8*t))&0xff);
}
}
//在AT24CXX里面的指定地址开始读出长度为Len的数据
//该函数用于读出16bit或者32bit的数据.
//ReadAddr :开始读出的地址
//返回值 :数据
//Len :要读出数据的长度2,4
u32 AT24CXX_ReadLenByte(u16 ReadAddr,u8 Len)
{
u8 t;
u32 temp=0;
for(t=0;t 总结
我的个人小经验：看懂了只是一时半会儿的事情，做我们这一行的必须得多练手。在过程中你才能领悟到意想不到真谛！