STM32的I2C的原理与使用（24C02附代码）

一、IIC的定义

    I2C(IIC,Inter－Integrated Circuit),两线式串行总线,由PHILIPS开发用于连接微控制器及其外围设备。IIC是一种多向控制总线，就是说多个芯片可以连接到同一总线结构下，同时每个芯片都可以作为实施数据传输的控制源。这种方式简化信号传输总线。

    它由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上，可发送接收数据。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。

IIC是半双工通信方式。

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二、多主机I2C总线系统结构

2）多设备的使用举例

每个接到I2C总线的设备都有一个唯一的地址

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三、I2C协议

• 空闲状态
• 开始信号
• 停止信号
• 应答信号
• 数据的有效性
• 数据传输

我们以斗地主为例：

1）空闲状态

I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。

2）起始信号与停止信号

1. 起始信号：当SCL为高期间，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。
2. 停止信号：当SCL为高期间，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。

3）应答信号ACK

发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。 应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；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。 

对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。 如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号P。

4）数据有效性

I2C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，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

即：数据在SCL的上升沿到来之前就需准备好。并在在下降沿到来之前必须稳定。

5）数据的传送

在I2C总线上传送的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制），即在SCL串行时钟的配合下，在SDA上逐位地串行传送每一位数据。数据位的传输是边沿触发。

STM32F4的IIC代码如下：

IIC.c
#include "myiic.h"
#include "delay.h"

//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;
}

//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);							   	
}

//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;
}
					 				     
//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.h

#ifndef __MYIIC_H
#define __MYIIC_H
#include "sys.h" 

//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 

//IIC所有操作函数
void IIC_Init(void);                //初始化IIC的IO口				 
void IIC_Start(void);				//发送IIC开始信号
void IIC_Stop(void);	  			//发送IIC停止信号
void IIC_Send_Byte(u8 txd);			//IIC发送一个字节
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC读取一个字节
u8 IIC_Wait_Ack(void); 				//IIC等待ACK信号
void IIC_Ack(void);					//IIC发送ACK信号
void IIC_NAck(void);				//IIC不发送ACK信号

void IIC_Write_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8 data);
u8 IIC_Read_One_Byte(u8 daddr,u8 addr);	 
 
#endif

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四、EEPROM(24C02）的使用

总容量是256（2K/8)个字节。接口：IIC

芯片图:

这里的A0=A1=A2=0

 

24C02读写字节时序

写：

读：

24C02的代码如下：

24cxx.c:
#include "24cxx.h" 
#include "delay.h" 				 

//初始化IIC接口
void AT24CXX_Init(void)
{
	IIC_Init();//IIC初始化
}
//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);           //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;
}
//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

24cxx.h:
#ifndef __24CXX_H
#define __24CXX_H
#include "myiic.h"   

#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
					  
u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr);							//指定地址读取一个字节
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite);		//指定地址写入一个字节
void AT24CXX_WriteLenByte(u16 WriteAddr,u32 DataToWrite,u8 Len);//指定地址开始写入指定长度的数据
u32 AT24CXX_ReadLenByte(u16 ReadAddr,u8 Len);					//指定地址开始读取指定长度数据
void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite);	//从指定地址开始写入指定长度的数据
void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead);   	//从指定地址开始读出指定长度的数据

u8 AT24CXX_Check(void);  //检查器件
void AT24CXX_Init(void); //初始化IIC
#endif

---

main.c:
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "lcd.h"
#include "24cxx.h"
#include "key.h"  

//要写入到24c02的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={"Explorer STM32F4 IIC TEST"};
#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)	 
	
int main(void)
{ 
	u8 key;
	u16 i=0;
	u8 datatemp[SIZE];	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
	delay_init(168);    //初始化延时函数
	uart_init(115200);	//初始化串口波特率为115200
	
	LED_Init();					//初始化LED 
	KEY_Init(); 				//按键初始化  
	AT24CXX_Init();			//IIC初始化 
 			
 	while(AT24CXX_Check())//检测不到24c02
	{
		printf("24C02 Check Failed!");
		delay_ms(500);
		printf("Please Check!      ");
		delay_ms(500);
		LED0=!LED0;//DS0闪烁
	}
	
	while(1)
	{
		key=KEY_Scan(0);
		if(key==KEY1_PRES)//KEY1按下,写入24C02
		{
			printf("Start Write 24C02....");   
			AT24CXX_Write(0,(u8*)TEXT_Buffer,SIZE);
			printf("24C02 Write Finished!");  //提示传送完成
		}
		if(key==KEY0_PRES)//KEY0按下,读取字符串并显示
		{
                        printf("Start Read 24C02.... ");
			AT24CXX_Read(0,datatemp,SIZE);
			printf("The Data Readed Is: \r\n ");//提示传送完成
			printf("%s\r\n ",datatemp);
		}	   
	} 	    
}