代码收藏家 使用STM32 HAL库实现AT24C02的IIC通信
一、IIC通信协议
IIC是一种通用串行同步通信协议，将IIC通信分为物理层和协议层两方面来学习。
1.物理层
物理层上有如下特点：
(1) 它是一个支持设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个 I2C 通讯总线中，可连
接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
(2) 一个 I2C 总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线 (SDA) ，一条串行时钟线 (SCL)。数
据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。
(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。
上拉电阻和高阻态：根据IIC物理层，在使用IIC通信协议的SDA和SCL两个线时，需要设置内部上拉电阻或者外加电阻至高电平。当stm32作为硬件主机时，连接到总线上所有设备有唯一的IIC地址，主机可以拉低SDA电平以开始通信。(使用CubeMX配置HAL库一般配置开漏输出，且硬件上拉)
SDA线和SCL线：IIC通信主要通过这两根线实现通信，SDA为IIC数据线，用于传输数据，SCL为时钟线，用于同步主机与从机的读写数据时钟，所以IIC通信为同步通信协议
2.协议层
起始信号S：由主机拉低SDA电平，来表示开始通信，S起始信号发出后，主机拉低SCL电平，准备开始发送数据
从机地址SLAVE ADDRESS：在总线上的从机的唯一地址，有7位或者10位，一般用7位地址，紧跟在S信号后，当SCL由低电平变为高电平时，地址数据由低位到高位按位发送
读写位：R/W为读写位，0表示写W，1表示读R。一般与从机地址7位地址组成8位写地址或者读地址
应答位A：由从机拉低SDA线表示应答，若从机没有拉低SDA线，则为非应答。主机会在这里拉高SCL线，并等待一段时间的应答。主机接收到应答后会继续发送数据，若未接收到即接收到非应答位，停止发送数据
终止信号P：当数据发送完毕，SCL由低电平变为高电平时，SDA变为高电平表示终止信号
IIC协议的写数据与读数据(来自数据手册)
S 表示由主机的IIC接又产生的传输起始信号，这时连接到IIC总线上的所有从都会接收到这个信号。
起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播的从机地址信号(SLAVE_ ADDRESS)。在PC总线上，每个设备的地址都是唯一的，当主机广播的地址与某个设备地 址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。根据IIC协议， 这个从机地址可以是7位或10 位。
在地址位之后，是传输方向的选择位，该位为0时，表示后面的数据传输方向是由主机 传输至从机，即主机向从机写数据。该位为1时，则相反，即主机由从机读取数据。
从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回 一个应答或非应答信号，只有接收到应答 信号后， 主机 才能继续发送或接 收数据。
若配置的方向传输位为“写数据” 方向，即图22-2的情况，广播完地址，接收到应答 信号后，主机开始正式向从机传输数据(DATA)，数据包的大小为8 位。主机每发送完 一个 字节数据，都要等待从机的应答信号，重复这个过程，可以向从机传输N 个数据，这个N 没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输信号(P)，表示不再传输 数据。
若配置的方向传输位为 “读数据” 方向，即图22-3的情况，广播完地址，接收到应答信 号后，从机开始向主机返回数据，数据包大小也 8 位。从机每发送完 一个数据，都会等待 主机的应答信号，重复这个过程，可以返回N 个数据，这个N 也没有大小限制。当主机希 望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号，则从机自动停止数据传输。
除了基本的读写，FC通信更常用的是复合格式，即图22- 4的情况，该传输过程有两次 起始信号。一般在第1次传输中，主机通过SLAVE_ADDRESS 寻找到从设备后，发送一段 “ 数据”，这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址(注意区分它与SLAVE_ ADDRESS的区别);在第2 次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是说，第1次通信是告诉从机读写地址，第2 次则是读写的实际内容。
二、IIC通信的HAL库
1.HAL库函数和关键词分析
HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef* hi2c, uint16_t DevAddress,uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);：HAL库的IIC写数据函数，适用于不需要写寄存器的时候调用该函数，比如用于与IIC从机握手的时候。*hi2c为IIC端口，DevAddress为从机设备地址，*pData为要写入的数据的地址，Size为要发送的字节数（EEPROM为按字节写的存储器），Timeout为最大传输时间
HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);：HAL库的IIC读数据函数，*hi2c为IIC端口，DevAddress为从机设备地址，*pData为要读区的数据的地址，Size为要接收的字节数（EEPROM为按字节写的存储器），Timeout为最大读取时间
HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);：为HAL库的写数据函数，用于数据需要写到从机寄存器时调用该函数，比如向EEPROM写存储数据。*hi2c为IIC端口，DevAddress为从机设备地址，MemAddress为从机寄存器地址，MenAddSize为从机寄存器地址长度，*pData为发送数据地址，Size为传输数据字节数，Timeout为最大传输时间
注：使用HAL_I2C_Mem_Write相当于先用HAL_I2C_Master_Transmit先传输寄存器地址，再用HAL_I2C_Master_Transmit传输寄存器的数据。
2.CubeMX配置IIC
在IIC中一般用默认配置即可，在IIC使用的引脚被占用时，可以通过端口映射到其他引脚
如果使用CubeMX配置IIC，不需要再去设置IIC的引脚，默认开漏即可，一般会有外部硬件上拉电阻（有的需要自己手动添加外部硬件上拉！）
三、IIC通信实现（AT24C02读写）
以IIC读写EEPROM为例的IIC通信实验。EEPROM是一种掉电后数据不会丢失的存储器，以AT24C02型号的EEPROM存储器为例，AT24C02可以存储2kb的数据，STM32F407可以通过IIC读写EEPROM。
AT24C02的地址为七位地址，地址取决于芯片上的引脚A0、A1、A2的电平。以带有该芯片的STM32F407ZGT6开发版为例，其地址为0xA0，SDA连接在PB6，SCL连接在PB7，IIC为I2C1。（注意！！！实验室的f103c8t6开发版所带的AT24C02芯片与f103之间IIC没有外部上拉，必须外接10k电阻上拉！！！TMD就因为这个折腾我好久！！！）
这里我将AT24C02的IIC操作封装成库文件，便于代码的快速移植，以提高main.c文件的可读性（注意：AT24C02支持连续写入，每次写入需要等待5ms左右，而且连续写入最大为8字节，即一次行写整个2kb内存需要32次！！！）
at24c02.h文件
#ifndef __AT24C02_H
#define __AT24C02_H
#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "stm32f1xx_hal_i2c.h"
#define AT24_Write 0xA0
#define AT24_Read 0xA1
uint8_t AT24_Init(I2C_HandleTypeDef);
uint8_t AT24_Write_Byte(uint8_t reg , uint8_t data);
uint8_t AT24_Read_Byte(uint8_t reg);
uint8_t AT24_Write_Len(uint8_t reg,uint8_t len,uint8_t *buf); //iic连续读写
uint8_t AT24_Read_Len(uint8_t reg,uint8_t len,uint8_t *buf);
#endifat24c02.c文件
#include "at24c02.h"
I2C_HandleTypeDef AT24_IIC;
uint8_t AT24_Init(I2C_HandleTypeDef hi2c){
AT24_IIC = hi2c;
uint8_t R_Data;
return (HAL_I2C_Mem_Read(&AT24_IIC, AT24_Read, 0x00, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &R_Data, 1, 0xff) != HAL_OK);
}
uint8_t AT24_Read_Byte(uint8_t reg){
unsigned char R_Data=0;
HAL_I2C_Mem_Read(&AT24_IIC, AT24_Read, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &R_Data, 1, 0xfff);
HAL_Delay(20);
return R_Data;
}
uint8_t AT24_Write_Byte(uint8_t reg,uint8_t data)
{
unsigned char W_Data=0;
W_Data = data;
HAL_I2C_Mem_Write(&AT24_IIC, AT24_Write, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &W_Data, 1, 0xfff);
HAL_Delay(20);
return 0;
}
//连续写入函数需要根据AT24C02芯片的特性更改
uint8_t AT24_Write_Len(uint8_t reg,uint8_t len,uint8_t *buf)
{
if(len >8){
uint8_t count = len/8;
uint8_t noun = len%8;
for(int p=0; p<count ; p++){
HAL_I2C_Mem_Write(&AT24_IIC, AT24_Write, reg+8*p,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,buf+8*p,8,0xff);
HAL_Delay(5);
}
if(noun){
HAL_I2C_Mem_Write(&AT24_IIC, AT24_Write, reg+8*count, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, buf+8*count, noun, 0xff);
HAL_Delay(5);
}
}
else{
HAL_I2C_Mem_Write(&AT24_IIC, AT24_Write, reg ,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, buf,len,0xff);
HAL_Delay(5);
}
return 0;
}
uint8_t AT24_Read_Len(uint8_t reg,uint8_t len,uint8_t *buf)
{
HAL_I2C_Mem_Read(&AT24_IIC, AT24_Read, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, buf, len, 0xfff);
HAL_Delay(20);
return 0;
}main.c主文件（在main()中，while(1)前）
/* USER CODE BEGIN 2 */
//调用printf格式化输出需要重写fputc和fgetc函数，并在target中设置“Use MircoLIB”
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,1);
if(AT24_Init(hi2c1)){
printf("AT24C02 connected ERROR!\r\n");
while(1);
}
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,0);
printf("AT24C02 connected SUCCESS!\r\n");
uint8_t recv_buff[256];
for (int i = 0; i<256; i++){
AT24_Write_Byte(i,i);
}
printf("AT24C02 transmission SUCCESS!\r\n");
for (int i = 0; i<256; i++){
AT24_Read_Len(0x00, 255 , recv_buff);
}
for (int i = 0; i<256; i++){
printf("0x%02X ",recv_buff[i]);
}
printf("\r\n");
printf("AT24C02 receive SUCCESS!\r\n");
/* USER CODE END 2 */演示如下
MD，都看到底了，不点个赞？！！
作者：hrilug
