STM32学习：I2C-EEPROM实验

一、I2C总线介绍

I2C（Inter－Integrated Circuit）总线是由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。是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。
它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点。
I2C总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA，另一根是时钟线SCL。由于其管脚少，硬件实现简单，可扩展性强等特点，因此被广泛的使用在各大集成芯片内。

（一）I2C物理层

I2C通信设备常用的连接方式.png

特点：
（1）它是一个支持多设备的总线。
（2）I2C 总线只使用两条总线线路，SDA、SCL。
（3）每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。
（4）总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。
（5）多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
（6）具有三种传输模式：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式为 400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多 I2C 设备尚不支持高速模式。
（7）连接到相同总线的 IC 数量受到总线的最大电容 400pF 限制。

（二）I2C协议层

I2C 的协议定义了通信的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。

（1）数据有效性规定

数据有效性规定.png

每次数据传输都以字节为单位，每次传输的字节数不受限制。

（2）起始和停止信号

起始和停止信号.png

（3）应答响应

应答响应.png

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（即一帧共有9位）。
由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时（如从机正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据），它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。
如果从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时，从机可以通过对无法接收的第一个数据字节的“非应答”通知主机，主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送。
当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。

（4）总线的寻址方式

I2C总线寻址按照从机地址位数可分为两种，一种是7位，另一种是10位。采用7位的寻址字节（寻址字节是起始信号后的第一个字节）的位定义如下：

采用7位的寻址字节（寻址字节是起始信号后的第一个字节）的位定义.png

10位寻址和7 位寻址兼容，而且可以结合使用。
当主机发送了一个地址后，总线上的每个器件都将头7 位与它自己的地址比较，如果一样，器件会判定它被主机寻址，其他地址不同的器件将被忽略后面的数据信号。至于是从机接收器还是从机发送器，都由R/W 位决定的。
从机的地址由固定部分和可编程部分组成。在一个系统中可能希望接入多个相同的从机，从机地址中可编程部分决定了可接入总线该类器件的最大数目。如一个从机的7位寻址位有4位是固定位，3位是可编程位，这时仅能寻址8个同样的器件，即可以有8个同样的器件接入到该I2C总线系统中。

（5）数据传输

I2C总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。在起始信号后必须传送一个从机的地址（7位），第8位是数据的传送方向位（R/W），用“0”表示主机发送（写）数据（W），“1”表示主机接收数据（R）。每次数据传送总是由主机产生的终止信号结束。但是，若主机希望继续占用总线进行新的数据传送，则可以不产生终止信号，马上再次发出起始信号对另一从机进行寻址。
在总线的一次数据传送过程中，可以有以下几种组合方式：

a、主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变

主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变 .png

b、主机在第一个字节后，立即从从机读数据

主机在第一个字节后，立即从从机读数据.png

c、在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向位正好反相

在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重 复产生一次，但两次读/写方向位正好反相.png

二、EEPR0M（AT24C02）介绍

AT24C01/02/04/08/16...是一个1K/2K/4K/8K/16K位串行CMOS，内部含有128/256/512/1024/2048个8位字节，AT24C01有一个8字节页写缓冲器，AT24C02/04/08/16有一个16字节页写缓冲器。该器件通过I2C总线接口进行操作，它有一个专门的写保护功能。

AT24C02.png

AT24C02.png

AT24C02器件地址为7位，高4位固定为1010，低3位由 A0/A1/A2信号线的电平决定。因为传输地址或数据是以字节为单位传送的，当传送地址时，器件地址占7位，还有最后一位（最低位R/W）用来选择读写方向，它与地址无关。

AT24C02.png

AT24C02.png

I2C总线时序.png

I2C总线时序.png

三、硬件电路

AT24C02(EEPROM)电路.png

AT24C02(EEPROM)电路.png