【STM32】IIC的基本原理(例子:GPIO模拟IIC时序读/写24C02(串行EEPROM))

【STM32】IIC的基本原理(例子:GPIO模拟IIC时序读/写24C02(串行EEPROM))

IIC的基本介绍

 I2C(IIC,Inter－Integrated Circuit),两线式串行总线,由PHILIPS公司开发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。

IIC是半双工通信方式

 IIC串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL，其时钟信号是由主控器件产生。

IIC协议

1.空闲状态
2.起始信号
3.停止信号
4.应答信号
5.数据的有效性
6.数据传输

1.空闲状态

 IIC总线的数据线SDA和时钟线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

 当SCL为高电平期间，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

3.停止信号

 当SCL为高电平期间，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

4.应答信号

 发送器每发送一个字节（占8个脉冲周期），就在时钟脉冲9期间释放数据线(引脚从输出变成输入)，由接收器反馈一个应答信号(是一位数据,0或是1)。 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。

 也就是每发送一个字节，要接收一位数据（这位数据是用来确认对方，是否成功接收到数据，确保数据传输的可靠性）

 （个人理解：比如说一次性发送8位数据，那么在第9个时钟周期释放总线（释放总线：如果是主机发送8位数据，那么第9个周期的时候，那个信号是从机发送的，也就是对方发过来的（也就是反馈一个应答信号，也就是说发回一个信号回主机，表示自己有没有接收到数据））应答信号为低电平时，规定为有效应答（ACK简称应答位），表示接收器已经成功接收了该字节，应答信号为高电平，规定为非应答位（NACK）,表示接收器没有接收该字节）

 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为稳定的低电平,(个人理解：也就是说在高电平来之前间SDA拉低，变低电平，代表接收到数据，反馈ACK应答信号)如果接收器是主控器，则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。

5.数据的有效性

 数据的有效性 （对数据采样 起始信号后进行取数据 高电平的时候采样）
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存稳定，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(可以理解成低电平控制你发送1或0的变化)
即：数据在SCL的上升沿到来之前就需准备好，并在下降沿到来之前稳定

 个人认为：
SCL高电平期间，数据线上的数据必须保存稳定（所以要在高电平之前翻转完，并保持稳定一直到高电平结束）
SCL低电平期间，数据线上的数据高电平或低电平状态才允许变化（在低电平期间翻转完，一定要在高电平之前）

6.数据传输

 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

 例子：发送一个字节(01011010) 画出对应的时序图

以上就是对IIC协议的简述。

接下来，我们来看看代码。

#define SCL   PBout(8)   //用SCL代替PBout(8)
#define SDA_OUT  PBout(9)   //用SCL代替PBout(9)
#define SDA_IN  PBin(9)    //用SCL代替PBin(9)
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
    
     //(1)空闲状态 
    IIC_SCL=1;  
    IIC_SDA=1;   
    /*(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。*/
}

/*产生 IIC 起始信号   类似冲击的感觉、贯穿、吓人那一瞬间    由高变低
两条总线一开始为高  SDA先从高变为低电平 SCL再从高变低 钳住 I2C 总线  准备发送/接收数据  具体看图*/
void IIC_Start(void)
{
    SDA_OUT();    //sda 线输出
    IIC_SDA=1;
    IIC_SCL=1;
    delay_us(5);
    IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low   
    /* (2)起始信号  当SCL为高电平期间(IIC_SCL=1);，SDL由高到低的跳变(IIC_SDA=1;-->IIC_SDA=0;),启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号*/
    delay_us(5);
    IIC_SCL=0;//钳住 I2C 总线，准备发送或接收数据      准备第一个脉冲周期    如果这里不懂为什么置为低电平的话，自己想想什么是脉冲周期和看看上面第6点的数据传输，
}

/*两条总线一开始为低电平  SCL先从低变为高电平 SDA再从低变高电平 释放I2C 总线(都为高电平 空闲状态，等待下一个起始信号) 具体看图
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    低变高   
 /*（3)停止信号 当SCL为高电平期间，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*/
    delay_us(5);
    IIC_SCL=1; 
    IIC_SDA=1;//发送 I2C 总线结束信号
    delay_us(5);
}

//产生 ACK 应答  也是发送一位数据  发的是低电平
void IIC_Ack(void)
{   
    IIC_SCL=0;//首先变低  这是第九个脉冲周期    记住：一个周期的概念 先低电平一段时间 在高电平一段时间 具体还是看时序图
    SDA_OUT();
    IIC_SDA=0;//也就是说在高电平来之前间SDA拉低，变低电平，代表接收到数据，反馈ACK应答信号  输出0  发送应答信号
    delay_us(5);//允许数据变化时间
    IIC_SCL=1;//在高电平来之前间SDA拉低
    delay_us(5);//高电平采样时间   一个周期
    IIC_SCL=0;
}

//不产生 ACK 应答   也是发送一位数据 发的是高电平
void IIC_NAck(void)
{
    IIC_SCL=0;//首先变低  这是第九个脉冲周期  
   SDA_OUT();
   IIC_SDA=1;//也就是说在高电平来之前间SDA拉高，变高电平，代表没有接收到数据，反馈NACK非应答信号 输出1 发送非应答信号
   delay_us(5);//允许数据变化时间
    IIC_SCL=1;//在高电平来之前间SDA拉高
   delay_us(5);//高电平采样时间  正在接收数据   需要数据   
   IIC_SCL=0;
}

//发送一个字节数据 先发高位
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{
    u8 t;
    SDA_OUT();
    IIC_SCL=0;//拉低时钟准备开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)//发送一个数据 一个周期  
    {  //假设 0x78  0 1 1 1 1 0 0 0                  
        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;// 0 1 1 1 1 0 0 0 & 1 0 0 0 0 0 0 0   结果为0x10或0x00 看0x78的最高位数据  再右移7位 变成 0x01或0x00 也就是1或0  
        txd<<=1;//左移移位  1 1 1 1 0 0 0 0   
        delay_us(5);  //对 TEA5767 这三个延时都是必须的   允许数据变化时间     可以理解成确保再高电平之前 准备好数据    一个周期10秒  这里是4秒低电平2秒 高电平2秒  这就是延时的原因  其他的延时都差不多这个原因
        IIC_SCL=1;
        delay_us(5);//高电平采样时间    正在接收数据   需要数据  具体看图    
        IIC_SCL=0; //重新拉低 准备第二个周期 发送数据  形成一个脉冲周期
        delay_us(5);//这个应该可以写可不写   因为老师没写
   }
}//返回从机有无应答：1，有应答；0，无应答

//具体看图
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)//就是你想它接收一个数据 就发送什么信号
{
    unsigned char i,receive=0;
    SDA_IN();//SDA 设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
    {
        IIC_SCL=0; //外围设备  准备数据   
        delay_us(5);
        IIC_SCL=1;//变成高电平后 外围设备把数据放到了SDA总线上  所以在这一条语句执行完 下面stm32才开始接收数据    
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)
        receive++;
        delay_us(5);//接收数据
    }
    if (!ack) 
    IIC_NAck();//发送 nACKelse  表示接收不到数据
    IIC_Ack(); //发送 ACK         表示接收到数据了
    return receive;
}//读 1 个字节，ack=1 时，发送 ACK，ack=0，发送 nACK

普通IO口模拟IIC时序读取24C02

 EEPROM (Electrically Erasable Programmable read only memory)，带电可擦可编程只读存储器——一种掉电后数据不丢失的存储芯片。

 
I2C协议–24c02 EEPRO
24C02简介
接口：IIC
24C02是一个2K位串行CMOS 的EEPROM，内部含有256个8位字节。
与 400KHz I2C 总线兼容
1.8 到 6.0 伏工作电压范围
低功耗 CMOS 技术
写保护功能 当 WP 为高电平时进入写保护状态
页写缓冲器
自定时擦写周期 1,000,000 编程/擦除周期
可保存数据 100 年
8 脚 DIP SOIC 或 TSSOP 封装
温度范围 商业级 工业级和汽车级

原理图：

 部分引脚解释：

 设备地址：

写入要点

1. 发送器件地址（0XA0）
2. 发送要写入24C02的内存地址
3. 发送要写入的数据

 发送器件地址的格式

 高四位1010是24Cxx系列的固定器件地址(高四位固定的)，接下来是A2、A1、A0是根据器件连接来决定(个人认为一般用来决定是哪个从机)，我们的原理图都接地所以是000。R/W为是选择读还是写，1的时候是读，0的时候是写。所以写的地址为0xA0。(在这里只需改R/W就行，决定是写还是读)

读出要点

1. 发送写入的器件地址(0XA0)
2. 发送要读的24C02的内存地址
3. 发送读出的器件地址(0XA1)
4. 读取数据
5. 当读取的时候，地址的最后一位R/W为是选择读，也就是该位为1。所以读取的地址为0xA1

---

 注意：eeprom 每八个字节是一页 内部地址只能帮你在一页上自加(也就是一个字节里面自加，也就是说写了0x00后，它会自加到0x01，但不会加到0x08)不能页自加 要自己偏移地址
注意:数据写入 比如写helloworld 9个位 ，从地址0x00开始写 ，它会自动写到0x07 ，但它不会自动跳到0x08存最后一位的d，会重新从0x00开始写，也就是覆盖0x00里的h,变成d.

根据写时序图操作

 写的步骤
1.起始信号
2.发设备地址0xAO 1010(固定) 000(根据设备的引脚连接，共有8种组合，也就是可以8个设备连接) 0(0代表写数据，1代表读数据)
设备的地址为1010 000
查找地址位1010 000地址设备，并通知设备要对发进行写操作
3.接收对方的应答信号 看看对方接收到没有 也就是对方知不知道我要对它进行写操作
4.发送要写入地址的起始地址
5.接收对方的应答信号 看看对方接收到没有
6.发送数据 注意：每发送一个字节数据要接收对方的应答和要页自加
7.发送完数据后，发送停止信号

STM32接收应答信号，从机发送的应答信号

---

//对一页的AT24C02进行写数据
//addr设备地址
//buff写入的数据
//len代表写入的字节数
void AT24C02_Write(u8 addr,u8 *buff,u8 len)
{
 u8 ack = 0;
 //1.开始信号
 Iic_Start();
 
 Iic_Send_Byte(0xA0); //2.0xA0:查找地址为1010000地址设备，并通知设备要对它进行写操作
 ack = Iic_Waik_Ack(); //3.接收对方的应答信号
 if(ack == 1)
 {
  printf("ack failure\n");
  return ;
 }
 Iic_Send_Byte(addr); //4.发送要写入地址的起始地址
 ack = Iic_Waik_Ack();//5.接收对方的应答信号 看看对方接收到没有  
 if(ack == 1)
 {
  printf("ack failure\n");
  return ;
 } 
 while(len--)
 {
  //发送数据  6.发送数据 注意：每发送一个字节数据要接收对方的应答和要页自加  这里的页自加就是addr地址偏移 addr是参数 
  Iic_Send_Byte(*buff); //发送数据
  ack = Iic_Waik_Ack(); 
  if(ack == 1)
  {
   printf("ack failure\n");
   return ;
  }  
  buff++;  //地址加1
 }
 Iic_Stop();//7.发送停止信号
 printf("write finish\n");
}
//AT24C02_Write(0x00,write_buff,5);
//AT24C02_Write(0x08,write_buff,5);//页自己加

根据读时序图操作

 注意：读可以连续的，也就是说不用页自加

 读的步骤
1.起始信号
2.发设备地址0xA0 1010(固定) 000(根据设备的引脚连接，共有8种组合，也就是可以8个设备连接) 0(0代表写数据，1代表读数据)
设备的地址为1010 000
查找地址位1010 000地址设备，并通知设备要对发进行读操作 注意：这里也是0xA0 告诉这个地址我要对你进行读操作
3.接收对方的应答信号 看看对方接收到没有 也就是对方知不知道我要对它进行读操作
4.读数据的起始地址
5.接收对方的应答信号
6.起始信号
7.发设备地址0xA1 1010(固定) 000(根据设备的引脚连接，共有8种组合，也就是可以8个设备连接) 0(0代表写数据，1代表读数据)
设备的地址为1010 000
查找地址位1010 000地址设备，并通知设备要对发进行读操作 注意：这里是0xA1 进行读操作
8.接收应答信号
(以上操作都是STM32接收应答信号)
(下面操作都是STM32发出的应答信号)
9.接收数据Iic_Recv_Byte() 注意：每接收一个数据 STM32发出一个应答信号
10.一值接收数据，直到发送停止信号

void AT24C02_Read(u8 addr,u8 *buff,u8 len)
{
 u8 ack = 0;
 //1.开始信号
 Iic_Start();
 
 Iic_Send_Byte(0xA0); //2.0xA0:查找地址为1010000地址设备，并通知设备要对它进行读操作
 ack = Iic_Waik_Ack(); //3.接收对方的应答信号 看看对方接收到没有  也就是对方知不知道我要对它进行读操作
 if(ack == 1)
 {
  printf("ack failure\n");
  return ;
 }
 
 Iic_Send_Byte(addr); //4.发送要读取数据起始地址
 ack = Iic_Waik_Ack(); //5.接收对方的应答信号
 if(ack == 1)
 {
  printf("ack failure\n");
  return ;
 }
 //6.起始信号
 Iic_Start(); 
 
 Iic_Send_Byte(0xA1); //7.0xA1:查找地址为1010001地址设备，进行读操作
 ack = Iic_Waik_Ack(); //8.接收应答信号
 if(ack == 1)
 {
  printf("ack failure\n");
  return ;
 }
 //接收数据 9.接收数据Iic_Recv_Byte()   注意：每接收一个数据 STM32发出一个应答信号 
 while(len--)
 {
  //接收数据
  *buff=Iic_Recv_Byte(); //接收数据
  if(len > 0)
   Iic_Send_Ack(0);
  else
   Iic_Send_Ack(1);//因为读完最后一个字节要发送非应答信号
  buff++;  //地址加1
 }
 //10.停止信号
 Iic_Stop();//发送停止信号
 printf("read finish\n");
 
}

//AT24C02_Read(0x00,read_buff,5);

全篇完。

本人博客仅仅代表我个人见解方便记录成长笔记。

若有与 看官老爷见解有冲突，我坚信看官老爷见解是对的，我的是错的。

感谢~！