野火STM32F103 指南者 I2C-EEPROM

I2C简介：

物理层：

1.SDA线是串行数据线，用于表示数据；SCL线是时钟线，用于数据收发同步。

2.每一个设备都有一个地址，主机可以利用这个地址和不同的设备进行通信。

3.I2C设备空闲时，会输出高阻态（与总线断开）；当所有的设备都进入高阻态状态时，总线会被拉直高电平。

4.多个主机使用总线时，会利用仲裁的方式决定那个设备先占用。asda

5.三种传输模式：标准模式100kbit/s     快速模式400kbit/s    高速模式3.4mbit/s   目前大多设备不支持高速模式.

 

协议层：

 

 

起始信号（s）和停止信号（p）：

整个总线空闲时，SDA和SCL线都是被拉成高电平的，所以在SCL线为高电平的时候，SDA线出现一个下降沿，说明总线由空闲状态进入了工作状态，为起始信号；同理，在SCL线为高电平的时候，SDA线出现一个上升沿，说明总线由工作状态进入了空闲状态，为停止信号。

 

数据有效性：

SCL为高电平时数据有效，其中，SDA线为高电平表示1，低电平表示0.

 

地址及数据方向：

I2C总线上每一个设备都有自己的地址，主机发起通信时，是通过SDA线发送设备地址（SLAVE ADDRESS）来查找从机的。I2C可以规定这个地址时7位还是10位的，一般7位较为常见。紧跟在地址后面的是数据传输方向（R/W），1为主机向从机读数据，0为主机向从机写数据。

 

MSB，LSB指的是串行输出口是高位先行（MSB）还是低位先行（LSB），STM32一般是MSB。

 

响应：

响应包括应答（ACK）和非应答（NACK）两种信号。

当设备接收到I2C传过来的数据或地址后（无论主从机），若希望对方继续发送数据，则会向对方发送一个应答（ACK）信号，对方会继续发送下一个数据；若接收端希望结束数据传输，则会向对方发送一个非应答（NACK）信号，对方接收到后会发送一个停止信号，接收传输。

 

STM32上的I2C：

简介：

STM32上有专门负责实现I2C通信的片上外设，只要配置好相应的寄存器即可。当然，也可以通过GPIO引脚模拟通信协议实现”软件模拟“

STM32上的I2C外设支持100kbit/s和400kbit/s速率，而且支持用DMA传输。

 

通讯引脚：

 

 

时钟控制逻辑：

CCR寄存器有一个12位的配置引子CCR，它与I2C外设输入时钟共同作用，产生SCL时钟，由于I2C外设是挂载到APB1上的

所以PCLK1=APB1的时钟=36M。

 

数据控制逻辑：

I2C 的 SDA 信号主要连接到数据移位寄存器上，数据移位寄存器的数据来源及目标是
数据寄存器(DR)、地址寄存器(OAR)、PEC 寄存器以及 SDA 数据线。当向外发送数据的时
候，数据移位寄存器以“数据寄存器”为数据源，把数据一位一位地通过 SDA 信号线发送
出去；当从外部接收数据的时候，数据移位寄存器把 SDA 信号线采样到的数据一位一位地
存储到“数据寄存器”中。若使能了数据校验，接收到的数据会经过 PCE 计算器运算，运
算结果存储在“PEC 寄存器”中。当 STM32 的 I2C 工作在从机模式的时候，接收到设备地
址信号时，数据移位寄存器会把接收到的地址与 STM32 的自身的“I2C 地址寄存器”的值
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作比较，以便响应主机的寻址。STM32 的自身 I2C 地址可通过修改“自身地址寄存器”修
改，支持同时使用两个 I2C 设备地址，两个地址分别存储在 OAR1 和 OAR2 中。

 

整体控制逻辑：

整体控制逻辑负责协调整个 I2C 外设，控制逻辑的工作模式根据我们配置的“控制寄
存器(CR1/CR2)”的参数而改变。在外设工作时，控制逻辑会根据外设的工作状态修改
“状态寄存器(SR1 和 SR2)”，我们只要读取这些寄存器相关的寄存器位，就可以了解 I2C
的工作状态。除此之外，控制逻辑还根据要求，负责控制产生 I2C 中断信号、DMA 请求及
各种 I2C 的通讯信号(起始、停止、响应信号等)。

 

通讯过程：

 

主发送器：

(1) 控制产生起始信号(S)，当发生起始信号后，它产生事件“EV5”，并会对 SR1 寄
存器的“SB”位置 1，表示起始信号已经发送；
(2) 紧接着发送设备地址并等待应答信号，若有从机应答，则产生事件“EV6”及
“EV8”，这时 SR1 寄存器的“ADDR”位及“TXE”位被置 1，ADDR 为 1 表示
地址已经发送，TXE 为 1 表示数据寄存器为空；
(3) 以上步骤正常执行并对 ADDR 位清零后，我们往 I2C 的“数据寄存器 DR”写入
要发送的数据，这时TXE位会被重置0，表示数据寄存器非空，I2C外设通过SDA
信号线一位位把数据发送出去后，又会产生“EV8”事件，即 TXE 位被置 1，重
复这个过程，就可以发送多个字节数据了；
(4) 当我们发送数据完成后，控制 I2C 设备产生一个停止信号(P)，这个时候会产生
EV8_2 事件，SR1 的 TXE 位及 BTF 位都被置 1，表示通讯结束。

 

主接收器：

(1) 同主发送流程，起始信号(S)是由主机端产生的，控制发生起始信号后，它产生事
件“EV5”，并会对 SR1 寄存器的“SB”位置 1，表示起始信号已经发送；
(2) 紧接着发送设备地址并等待应答信号，若有从机应答，则产生事件“EV6”这时
SR1 寄存器的“ADDR”位被置 1，表示地址已经发送。
(3) 从机端接收到地址后，开始向主机端发送数据。当主机接收到这些数据后，会产
生“EV7”事件，SR1 寄存器的 RXNE被置 1，表示接收数据寄存器非空，我们读
取该寄存器后，可对数据寄存器清空，以便接收下一次数据。此时我们可以控制
I2C 发送应答信号(ACK)或非应答信号(NACK)，若应答，则重复以上步骤接收数
据，若非应答，则停止传输；
(4) 发送非应答信号后，产生停止信号(P)，结束传输。

 

I2C结构体介绍：

(1) I2C_ClockSpeed
本成员设置的是 I2C 的传输速率，在调用初始化函数时，函数会根据我们输入的数值
经过运算后把时钟因子写入到 I2C 的时钟控制寄存器 CCR。而我们写入的这个参数值不得
高于 400KHz。实际上由于 CCR 寄存器不能写入小数类型的时钟因子，影响到 SCL 的实际
频率可能会低于本成员设置的参数值，这时除了通讯稍慢一点以外，不会对 I2C 的标准通
讯造成其它影响。
(2) I2C_Mode 
本成员是选择 I2C 的使用方式，有 I2C 模式(I2C_Mode_I2C )和 SMBus 主、从模式
(I2C_Mode_SMBusHost、 I2C_Mode_SMBusDevice ) 。I2C 不需要在此处区分主从模式，直
接设置 I2C_Mode_I2C 即可。
(3) I2C_DutyCycle
本成员设置的是 I2C 的 SCL 线时钟的占空比。该配置有两个选择，分别为低电平时间
比高电平时间为 2：1 ( I2C_DutyCycle_2)和 16：9 (I2C_DutyCycle_16_9)。其实这两个模式
的比例差别并不大，一般要求都不会如此严格，这里随便选就可以。
(4) I2C_OwnAddress1
本成员配置的是 STM32 的 I2C 设备自己的地址，每个连接到 I2C 总线上的设备都要有
一 个 自 己 的 地 址 ， 作 为 主 机 也 不 例 外 。 地 址 可 设 置 为 7 位 或 10 位 ( 受 下 面
I2C_AcknowledgeAddress 成员决定)，只要该地址是 I2C 总线上唯一的即可。
STM32 的 I2C 外设可同时使用两个地址，即同时对两个地址作出响应，这个结构成员
I2C_OwnAddress1配置的是默认的、OAR1寄存器存储的地址，若需要设置第二个地址寄存
器 OAR2，可使用 I2C_OwnAddress2Config 函数来配置，OAR2 不支持 10 位地址，只有 7
位。
(5) I2C_Ack_Enable
本成员是关于 I2C 应答设置，设置为使能则可以发送响应信号。本实验配置为允许应
答(I2C_Ack_Enable)，这是绝大多数遵循 I
2C 标准的设备的通讯要求，改为禁止应答
(I2C_Ack_Disable)往往会导致通讯错误。
(6) I2C_AcknowledgeAddress
本成员选择 I2C 的寻址模式是 7 位还是 10 位地址。这需要根据实际连接到 I2C 总线上
设备的地址进行选择，这个成员的配置也影响到 I2C_OwnAddress1 成员，只有这里设置成
10 位模式时，I2C_OwnAddress1 才支持 10 位地址。
配置完这些结构体成员值，调用库函数 I2C_Init 即可把结构体的配置写入到寄存器中。

 

EEPROM：

硬件简介：

本实验板中的 EEPROM 芯片(型号：AT24C02)的 SCL 及 SDA 引脚连接到了 STM32 对
应的 I2C引脚中，结合上拉电阻，构成了 I2C通讯总线，它们通过 I2C总线交互。EEPROM
芯片的设备地址一共有 7 位，其中高 4 位固定为：1010 b，低 3 位则由 A0/A1/A2 信号线的
电平决定，见图 24-13，图中的 R/W 是读写方向位，与地址无关。

按照我们此处的连接，A0/A1/A2均为 0，所以 EEPROM的7位设备地址是：101 0000b ，
即 0x50。由于 I2C 通讯时常常是地址跟读写方向连在一起构成一个 8 位数，且当 R/W 位为
0 时，表示写方向，所以加上 7 位地址，其值为“0xA0”，常称该值为 I2C 设备的“写地
址”；当 R/W 位为 1 时，表示读方向，加上 7 位地址，其值为“0xA1”，常称该值为“读
地址”。

 

 

 

 

 

 

 

 

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