代码收藏家技术教程 18天前

STM32 HAL库常用外设教程（九）—— I2C通信与EEPROM读写指南

文章目录

前言

一、I2C定义

1.1 I2C总线结构

1.2 I2C总线通信协议

1.3 STM32F407的I2C接口

二、 I2C的HAL驱动方式及程序

2.1 I2C接口的初始化

2.2 阻塞方式数据传输

2.3 中断方式数据传输

2.4 DMA方式数据传输

三、EEPROM芯片 24C02

3.1 接口和通信协议

3.1.1 写操作

3.1.2 读操作

3.2 写一个字节数据

3.3 连续写多字节数据

3.4 读1字节数据

3.5 连续读多字节数据

四、示例：通过I2C通信读写24C02

4.1 STM32CubeMx设置

4.2 程序设计

4.2示例结果

五、总结

前言

一、I2C定义

I2C(Inter-Integrated Circuit)接口，有时也写作IIC，是一种串行数字总线接口。I2C接口只有两根信号线，总线上可以连接多个设备，硬件实现简单，可拓展性强。I2C通信协议可以通过普通GPIO引脚进行软件模拟。I2C接口主要用于通信速率要求不高，以及多个器件之间通信的应用场景。

1.1 I2C总线结构

一个器件的I2C接口只有2根信号线，即双向串行数据线SDA和时钟信号线SCL。I2C是一种多设备总线，一根I2C总线上挂载多个设备。例如，STM32F407开发板上的I2C总线通信系统如图1-1所示，它连接了多个I2C器件，从图中可以看出其中一个是EEPROM器件24C02，另一个是加速度计和陀螺仪传感器芯片MPU6050。

图1-1 MCU通过IIC总线的期间连接的示意图

I2C总线有如下的特点。

I2C总线只有两个信号线，SDA是双向串行数据线，SCL是时钟信号线，用于数据收发的同步。

I2C总线上可以挂载多个设备，支持多设备连接，允许多主机存在，每个设备都有一个唯一的地址，一般只有一个主设备，多个从设备。MCU一般作为主设备，外围电路作为从设备。在I2C通信协议中，主动发起通信的器件就是主设备，被动进行响应的器件就是从设备。

I2C总线上每个设备有一个7位或10位的地址，主设备发起通信时，会首先发送目标设备地址，只有地址对应的设备才会做出响应。

I2C总线的两根信号线有上拉电阻。当I2C器件空闲时，其输出接口是高阻态。当所有设备都有空闲时，I2C总线上是高电平。

I2C通信有标准模式和快速模式，标准模式传输速率是 100Kbit/s（12.5KB/s），快速模式传输速率为400Kbit/s（50KB/s）。

1.2 I2C总线通信协议

I2C通信总是由主机启动，每个通信过程由起始信号开始，由停止信号结束。一个数据包有8位，每个数据包有一个应答位（ACK）或非应答位（NACK），例如，主设备向从设备发送1字节数据的时序图，如图1-2所示。

图1-2 IIC传输1字节的时序图

起始位：当SCL是一个高电平时，SDA的下跳沿就是起始位，是启动一次I2C通信的起始信号。

信号位：当SCL是高电平时，SDA的上跳沿就是停止位，是停止一次I2C通信的结束信号。

数据位：在SCL的一个时钟周期内传输一个数据位，在SCL的一个时钟周期内传输一个数据位，当SCL为低电平时，发送设备更新SDA的电平，当SCL为高电平时，接收设备读取SDA的电平就是一次有效的一位数据。

数据包：I2C数据通信一个数据包总是8位。也就是1字节的数据。

应答信号：在发送完8位数据包后，发送设备在第9个SCL时钟周期采集接收设备的应答设备。若在SCL的第九个周期采集的SDA为低电平，就是应答信号ACK，表示接收设备正确接收到数据包，并发出应答信号。如果采集的SDA是高电平，就是非应答信号NACK，表示接收设备未正确接收到数据包，或者不希望继续通信，故发出非应答信号。
在一次I2C通信过程中，可以传输多个字节的数据。主机启动I2C通信后，发送的第一个字节是目标设备地址，后面在发送或接收的数据由具体器件的指令定义决定。I2C通信协议只是定义了基本的数据传输时序，图1-2的通信时序由MCU的硬件I2C接口实现，这就是软件模拟I2C通信时序2，这就是软件模拟I2C接口。

1.3 STM32F407的I2C接口

STM32F407芯片上有3个硬件I2C接口，记作I2C1、I2C2和I2C3，均支持I2C标准模式和I2C快速模式，还与系统管理总线（System Management Bus,SMBus）2.0兼容。STM32F407上的I2C接口具有如下特性。

同一个I2C接口既可以工作于主模式，又可以工作于从模式。

工作于从模式时，可以设置两个从设备地址，从而对两个从设备地址应答。

使用7位或10位设备地址，还可以进行广播呼叫。

支持不同的通信速率：标准模式传输速率为100kbit/s，快速模式传输速率为400kbit/s。

带DMA功能的1字节缓存。

二、 I2C的HAL驱动方式及程序

I2C的HAL库驱动程序头文件是stm32xx_hal_i2c.h和stm32xx_gal_i2c_ex.h。I2C的HAL驱动程序包括宏定义、结构体定义、宏定义和函数功能。。I2C的数据传输有阻塞式、中断方式和DMA方式

2.1 I2C接口的初始化

对I2C接口进行初始化配置的函数是HAL_IC_Init()，其函数原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Init(I2C_HandleTypeDef *hi2c)

其中，hic2是I2C接口的对象指针，是I2C_HandleTypeDef 结构体类型指针。在CubeMx自动生成的文件i2c.c中，会为启用的I2C接口定义外设对象变量，例如，为I2C接口定义的变量如下：

I2C_HandleTypeDef  hi2c1;     //I2C1接口的外盒对象变量

结构体I2C_HandleTypeDef 的成员变量主要是HAL程序内部用到的一些定义，只有成员变量Init是需要用户配置的I2C 通信参数，是I2C_HandleTypeDef 结构类型。

2.2 阻塞方式数据传输

I2C接口的阻塞式数据传输相关函数如表1-1所示。阻塞式数据传输使用方便，且I2C接口的传输速率不高，一般传输数据量也不大。

表2-1 I2C接口的阻塞式数据传输相关函数

函数名	功能描述
HAL_I2C_IsDeviceReady()	检查某个从设备是否准备好了I2C通信
HAL_I2C_Master_Transmit（）	作为主设备向某个地址的从设备发送一定长度的数据
HAL_I2C_Master_Receive（）	作为主设备向某个地址的从设备接受一定长度的数据
_HAL_I2C_Slave_Transmit（）	开启某个中断事件源，允许事件产生硬件中断
HAL_I2C_Mem_Write（）	向某个从设备的指定存储地址开始写入一定长度的数据
HAL_I2C_Mem_Read（）	向某个从设备的指定存储地址开始读取一定长度的数据

（1）函数HAL_I2C_IsDeviceReady（）
函数HAL_I2C_IsDeviceReady（）用于检查I2C网络上一个设备是否做好了I2C通信准备，其函数原型如下：

 HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_IsDeviceReady(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint32_t Trials, uint32_t Timeout);

其中，hi2c是I2C接口对象指针，DevAddress是从设备地址，Trials是尝试的次数，Timeout是超时等待时间（单位是嘀嗒信号节拍数），当SysTicks定时器频率为默认的1000Hz时，Timeout的单位就是ms。
注：
一个I2C从设备有两个地址，一个是写操作地址，另一个是读操作地址。例如，开发板上的EEPROM芯片24C02的写操作地址是0xA0，读操作地址是0xA1,也就是在写操作地址上加1。在I2C的HAL库驱动中，传递从设备地址参数时，只需要设置写操作地址，函数内部会根据读写操作类型，自动使用写操作地址或读操作地址。但是在软件模拟I2C接口通信时，必须明确使用相应的地址。

（2）主设备发送和接收数据
一个I2C总线上有一个主设备，可能有多个设备。主设备和从设备通信时，必须指定从设备地址。I2C主设备发送和接收数据的两个函数的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

其中，pData是发送或接收数据的缓冲区，Size是缓冲区大小。DevAddress是从设备地址，无论发送还是接收，这个地址都要设置为I2C设备的写操作地址。Timeout为超时等待时间，单位为嘀嗒信号节拍数。
阻塞式操作函数在数据发送或接收完成后才返回，返回值为HAL_OK时表示传输成功，否则可能是出现错误或超时。
(3)I2C从设备发送和接收数据的两个函数的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Slave_Transmit_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Slave_Receive_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size);

I2C从设备是应答式地响应主设备的传输要求，发送和接收数据的对象总是主设备，所以函数中无需设置目标设备地址。
（4）I2C存储器数据传输
对于I2C接口的存储器，例如EEPROM芯片24C02，有两个专门的函数用于存储器数据读写。向存储器写入数据的函数是HAL_I2C_Mem_Write()，其原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef 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);

其中，DevAddress是I2C从设备地址，MemAddress是存储器内部写入数据的起始地址，MemAddSize是存储器内部地址的大小，即8位地址或16位地址。在一些I2C设备中，存储器内部地址可能只需要8位来表示，而在另一些设备中，存储器内部地址可能需要16位来表示，8位地址可以表示256个不同的存储器位置，范围为0x00到0xFF，16位地址可以表示65536个不同的存储器位置，范围为0x0000到0xFFFF。程序中有两个宏定义表示存储器内部地址的大小。

#define I2C_MEMADD_SIZE_8BIT            0x00000001U
#define I2C_MEMADD_SIZE_16BIT           0x00000010U

参数pData是待写入数据的缓冲区指针，Size是待写入数据的字节数，Timeout是超时等待时间。使用这个函数可以很方便地向I2C接口存储器一次性写入多个字节。
从存储器读取数据的函数是HAL_I2C_Mem_Read()，其原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

使用I2C存储器数据传输函数的好处是，可以一次性传递指针和数据，函数会根据存储器的I2C通信协议依次传输地址和数据，而不需要用户自己分解通信过程。

2.3 中断方式数据传输

一个I2C接口有两个中断号，一个用于事件中断，另一个用于错误中断。HAL_I2C_EV_IRQHandler() 是事件中断ISR中调用处理函数，HAL_I2C_ER_IRQHandler() 是错误中断ISR中调用的通用处理函数。
I2C接口的中断方式数据传输函数，以及各个传输函数关联的回调函数如表2-2所示。

表2-2 I2C接口的中断方式数据传输函数以及关联的回调函数

函数名	函数功能描述	关联的回调函数
HAL_I2C_Master_Transmit_IT（）	主设备向某个地址的从设备发送一定长度的数据小	HAL_I2C_MasterTxCpltCallback（）
HAL_I2C_Master_Receive_IT（）	主设备从某个地址的从设备接收一定长度的数据	HAL_I2C_MasterRxCpltCallback（）
HAL_I2C_Master_Abort_IT（）	主设备主动中止中断传输过程	HAL_I2C_AbortCpltCallback（）
HAL_I2C_Slave_Receive_IT（）	作为从设备接收一定长度的数据	HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback（）
HAL_I2C_Slave_Transmit_IT（）	作为从设备发送一定长度的数据	HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback（）
HAL_I2C_Mem_Write_IT（）	向某个从设备的指定存储地址开始写入一定长度的数据	HAL_I2C_MemTxCpltCallback（）
HAL_I2C_Mem_Read_IT	从某个从设备的指定存储地址开始读一定长度的数据	HAL_I2C_MemRxCpltCallback（）
所有中断方式传输函数	中断方式传输过程出现错误	HAL_I2C_ErrorCallback（）

中断方式数据传输函数的参数定义与对应的阻塞式传输函数类似，只是没有超时等待时间Timeout。例如，以中断方式读写I2C接口存储的两个函数的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Seq_Transmit_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t XferOptions);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Seq_Receive_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t XferOptions);

中断方式数据传输是非阻塞式的，函数返回HAL_OK只是表示函数操作成功，并不表示数据传输完成，只有相关的回调函数被调用时，才表示数据传输完成。

2.4 DMA方式数据传输

一个I2C接口有I2C_TX和I2C_RX两个DMA请求，可以为DMA请求配置DMA流，从而进行DMA方式数据传输。I2C接口的 DMA方式数据书传输函数，以及DMA流发生传输完成事件（DMA_IT_TC）中断时的回调函数如表2-3 所示。

表2-3 I2C接口的DMA方式数据传输函数以及关联的回调函数

函数名	函数功能描述	关联的回调函数
HAL_I2C_Master_Transmit_DMA（）	主设备向某个地址从设备发送一定长度的数据	HAL_I2C_MasterTxCpltCallback（）
HAL_I2C_Master_Receive_DMA（）	主设备从某个地址的从设备接收一定长度的数据	HAL_I2C_MasterRxCpltCallback（）
HAL_I2C_Slave_Receive_DMA（）	作为从设备接收一定长度的数据	HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback（）
HAL_I2C_Slave_Transmit_DMA（）	作为从设备发送一定长度的数据	HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback（）
HAL_I2C_Mem_Write_DMA（）	向某个从设备的指定存储地址开始写入一定长度的数据	HAL_I2C_MemTxCpltCallback（）
HAL_I2C_Mem_Read_DMA	从某个从设备的指定存储地址开始读一定长度的数据	HAL_I2C_MemRxCpltCallback（）

DMA传输函数的参数形式与中断方式传输函数的参数形式相同，例如，以DMA方式读写I2C接口存储器的两个函数原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size);

DMA传输是非阻塞式传输，函数返回HAL_OK时只表示函数操作完成，并不表示数据传输完成。DMA传输过程中由DMA 流产生中断事件，DMA流的中断函数指针指向I2C驱动程序中定义的一些回调函数。I2C的HAL驱动程序中并没有DMA传输半完成中断事件设计和关联回调函数。

三、EEPROM芯片 24C02

3.1 接口和通信协议

开发板上有一个I2C接口的EEPROM芯片24C02，24C02存储容量为256字节，2K bit，它的电路连接如图3-1所示。其SDA和SCL引脚连接STM32F407芯片的I2C1接口，使用引脚PB9和PB8。WP是写保护引脚，WP接地时，对24C02芯片可读可写。

图 3-1 24C02引脚图

图 3-2 24C02开发板电路图

上图中有一个 WP，这个是写保护引脚，接高电平只读，接地允许读和写，从开发板电路图中可以得出该引脚接地，可以进行读和写操作。
每一个设备都有自己的设备地址， 24C02 也不例外，其设备地址格式如图 3-3所示，从图中可以看出，24C02 的设备地址是包括不可编程部分（1010）和可编程部分（A2 A1 A0），可编程部分是根据上图的硬件引脚 A0、 A1 和 A2 所决定。通过图3-2的电路图可以得出， A0、 A1 和 A2 均接地处理，所以 24C02 设备的读操作地址为： 0xA1（二进制为1010 0001）；写操作地址为： 0xA0（二进制为1010 0000）。
设备地址最后一位(R/W)用于设置数据的传输方向，即读操作/写操作， 0 是写操作， 1 是读操作设备地址最后一位(R/W)用于设置数据的传输方向，即读操作/写操作， 0 是写操作， 1 是读操作，具体格式如下图3-3所示：

图 3-3 设备地址格式

图3-3 读操作地址0xA1

24C02的I2C设备地址组成如图3-2图所示，A2、A1、A0由芯片的引脚A2、A1、A0的电平决定，图3-1中这三个引脚都接地，所以都是0。最低位R/W是读写标志位时读写标志位，当主设备对24C02进行写操作时，R/W为0，进行读操作时，R/W为1。所以，24C02的写操作地址为0xA0，读操作地址为0xA1。HAL驱动程序函数中需要传递I2C从设备的地址时，都使用写操作地址。
24C02的读写操作比较简单，存储空间可反复读写。以下是几种主要的读写操作定义。

3.1.1 写操作

下面介绍一下 IIC 的基本的读写通讯过程，包括主机写数据到从机（写操作），主机到从机读取数据（读操作）。下面先看一下写操作通讯过程图。

图3-4 写操作通讯过程图

主机首先在 IIC 总线上发送起始信号，那么这时总线上的从机都会等待接收由主机发出的数据。主机接着发送从机地址+0(写操作)组成的 8bit 数据，所有从机接收到该 8bit 数据后，自行检验是否是自己的设备的地址，假如是自己的设备地址，那么从机就会发出应答信号。主机在总线上接收到有应答信号后，才能继续向从机发送数据。
注意： IIC 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。

3.1.2 读操作

图3-5 写操作通讯过程图

主机向从机读取数据的操作，一开始的操作与写操作有点相似，观察两个图也可以发现，都是由主机发出起始信号，接着发送从机地址+1(读操作)组成的 8bit 数据，从机接收到数据验证是否是自身的地址。那么在验证是自己的设备地址后，从机就会发出应答信号，并向主机返回 8bit 数据，发送完之后从机就会等待主机的应答信号。假如主机一直返回应答信号，那么从机可以一直发送数据，也就是图中的（n byte + 应答信号）情况，直到主机发出非应答信号，从机才会停止发送数据。

3.2 写一个字节数据

MCU向24C02写入1字节数据的SDA传输内容的顺序如图所示。操作的顺序如下。

主机发送起始信号，然后主机在 IIC 总线发送第 1 个字节的数据为 24C02
的设备地址 0xA0，用于寻找总线上找到 24C02。

在获得24C02应答ACK应答信号后，主机再发送8位字地址，这是24C02内部存储单元的地址。8位地址的范围是0~255，也就是24C02内256字节存储单元的地址。

再等到24C02应答信号ACK后，主机再发送需要写入的1字节的数据，这里的数据即是写入在第 2 字节内存地址的数据。

从机接收完数据后，应答ACK，主机发停止信号结束传输。

图3-6 写1个字节数据的SDA传输内容和顺序

3.3 连续写多字节数据

上面的写操作只能单字节写入到 24C02，效率比较低，所以 24C02 有页写入时序，大大提高了写入效率。24C02内部存储区域划分，每页8字节，所以256字节的存储单元为32页，页的起始地址是8*N，其中N = 0,1,…,31。
用户可以在一次I2C通信过程（一个起始信号与一个停止信号限定的通信过程）中向24C02连续写入多个字节的数据，SDA传输内容和顺序如图3-7所示。在单字节写时序时，每次写入数据时都需要先写入设备的内存地址才能实现，在页写时序中，只需要告诉 24C02 第一个内存地址 1，后面数据会按照顺序写入到内存地址 2，内存地址 3等，大大节省了通信时间，提高了时效性。图3-7中的n是数据存储的起始地址，存储的数据字节数为1+x，但是要注意，连续写入的数据的存储位置不超过页的边界，否则，将自动从这页的开始位置继续存储。

图3-7 24C02连续写入多个字节数据的SDA传输内容和顺序

所以，在连续写数据时，如果数据起始地址在页的起始位置，则一次最多可写入8个字节的数据，当然，数据存储起始地址也可以不在页的起始位置，这时要注意，一次写入的数据不要超过页的边界。

3.4 读1字节数据

用户可以从24C02的任何一个存储位置读取1字节的数据，读取1字节数据时，SDA传输的内容和顺序如图3-8 所示。
24C02 读取数据的过程是一个复合的时序，其中包含写时序和读时序。先看第一个通信过程，这里是写时序，起始信号产生后，主机发送 24C02 设备地址 0xA0，获取从机应答信号后，接着发送需要读取的内存地址；在读时序中，起始信号产生后，主机发送 24C02 设备地址 0xA1，获取从机应答信号后，接着从机返回刚刚在写时序中内存地址的数据，以字节为单位传输在总线上，假如主机获取数据后返回的是应答信号，那么从机会一直传输数据，当主机发出的是非应答信号并以停止信号发出为结束，从机就会结束传输。

图3-8 读1个字节数据的SDA传输内容和顺序

3.5 连续读多字节数据

用户可以从24C02一次性连续读取多字节的数据，且读取数据时不受页边界的影响，也就是读取数据的长度可以超过8个字节。连续读多个字节数据的SDA传输内容和顺存如图所示。主设备先进行一次写操作，写入需要读取的存储单元的地址，然后再进行一次读操作，连续读取多字节，存储器内部将自动移动存储位置，且存储位置不受页边界的影响。
在使用I2C的HAL库驱动函数进行24C02的数据读写时，图的传输时序是由I2C硬件接口完成的，用户不需要这些时序。但如果是软件模拟I2C接口取读写24C02，则需要严格按照这些时序一个位一个位的操作。

四、示例：通过I2C通信读写24C02

4.1 STM32CubeMx设置

在CubeMx里面设置I2C1的模式和参数，设置界面如图4-1所示。在模式设置里中，设置接口类型为I2C。还有SMBus的选项，SMbus一般用于智能电池管理。

图4-1 I2C1的模式和参数设置

I2C1的参数设置分为2组，各组参数的意义和设置内容描述如下。
（1）Master Features组，主设备参数。
①I2C Speed Mode，速度模式。可选标准模式（Standard Mode）或快速模式（Fast Mode）。
②I2C Clock Speed（Hz）,I2C时钟速度。标准模式下最大值为100kHz，快速模式下最大值为400kHz。
③Fast Mode Duty Cycle，快速模式占空比。选择快速模式后这个参数会出现，用于设置时钟信号的占空比，是一个周期内低电平与高电平的时间比，有2:1和16:9两种选项。本示例中，速度模式选择到标准模式，所以图4-1中没有这个参数。
（2）Slave Features组，从设备参数。
①Clock No Stretch Mode，禁止时钟延长。设置为Disable表示允许时钟延长。
②Primary Address Length selection，设备主地址长度。可选7-bit或10-bit,这里选择7-bit。
③Dual Address Acknowledge,双地址确认。从设备可以有两个地址，如果设置为Enabled，还会出现一个Secondary slave address参数，用于设置从设备副地址。
④General Call address detection，广播呼叫检测。设置为Disable表示禁止广播呼叫，不对地址0x00应答；否则，就是允许广播呼叫，对地址0x00应答。
设置I2C的模式为I2C时，CubeMx自动分配的引脚可能是PB6和PB7，而不是开发板上实际用的PB8和PB9，这是因为一个外设有多组复合引脚。在引脚视图上直接将PB8为I2C_SCL，将PB9设置为I2C_SDA，PB6和PB7的设置就会自动取消。I2C1的GPIO引脚设置如图4-2所示，自动设置为复用功能开漏，并且有上拉。
在开发板上，STM32F407是I2C主设备，所以无须设置从设备地址。24C02是I2C从设备，其从设备地址是0xA0。
I2C的中断事件主要是表示传输过程中和错误的一些事件，由于I2C通信时一种应答式通信，与其他外设的轮询式操作类似，本示例不开启I2C1的中断。I2C也具有DMA功能，当时24C02操作的数据量小，没有使用DMA的必要。

4.2 程序设计

在CubeMx里完成设置后生成代码，我们在Keil里面打开项目。
(1)先通过CubeMx自动生成的部分函数进一步谅解CubeMx的配置.
在i2c.c文件中，函数MX_I2C1_Init()用于I2C1接口的初始化，如图4-2所示，MX_I2C1_Init()对hi2c1的各个成员变量赋值，各赋值语句与CubeMx里的配置是对应的。完成hic1的赋值后，执行HAL_I2C_Init()对I2C1接口进行初始化。HAL_I2C_MspInit()函数的是I2C接口的MSP初始化函数，在函数HAL_I2C_MspInit()里面被调用。函数HAL_I2C_MspInit() 的主要功能是对I2C1接口的复用引脚PB8和PB9进行GPIO引脚配置，如图4-3。

图4-2 I2C1的初始化设置①

图4-3 I2C1的初始化设置②

注：
本示例是通过按键去触发相应的函数，再通过执行函数实现与EEPROM芯片24C02之间的读写操作，按键的实现过程已将在《HAL库STM32常用外设教程（二）—— GPIO输入\输出》中讲述（主要是keyled.c和keyled.h），如果又兴趣可以去了解一下，也可以直接下载其中的源码工程，在源码的基础上实现本章的项目。从另一个角度讲，如果不用按键的话同样是可以的，甚至在main函数的While循环里面直接通过延时去不断的循环这几个函数也是可以的，重点是明白其中读写EEPROM的过程是如何实现的以及是如何通过I2C通信进行读写的。

（2）在本章的源码里面提供了两个文件，24xx.c和24cxx.h，这两个文件是24C02的驱动程序，是根据24C02的指令定义，实现器件具体功能操作的一系列函数。将这两个文件添加到本次项目的工程中，后面需要自己编写的几个函数都是调用的其提供的函数。具体要求及实现的功能如下：
程序调用函数EP24C_IsDeviceReady()函数检查24C02器件是否正常，然后显示了一个菜单，菜单内容如下：

Divice id ready
[1]KeyUp=Write a number
[2]Key0=Read the number
[3]Key1=Write a Sting
[4]Key2=Read the string

在While循环里面检测按键输入，根据按下的按键执行相应的响应代码。

按下KEY_UP键时，调用函数 EP24C_WriteOneByte() 向一个地址写入1字节的数据。

按下KEY0键时，调用函数 EP24C_ReadOneByte() 从同一个地址读出数据，以检验写入和读出的是否一致。

按下KEY1时，调用函数 EP24C_WriteLongData() 从Page2起始地址开始写入一个长字符串，字符串又结束字符‘\0’，函数内部会将长数据分解为多个页后分批写入。

按下KEY2时 P24C_ReadBytes() 从Page2起始地址读取50个字节。

注：为了方便观察，本实例中加入了对灯的控制，即在按键按下时对应的灯的状态会发生变化。
①

	if(EP24C_IsDeviceReady()	== HAL_OK){
		printf("Divice id ready\n");
	}
	printf("[1]KeyUp=Write a number\n[2]Key0=Read the number\n[3]Key1=Write a Sting\n[4]Key2=Read the string");

②

下面将整个while(1)循环复制下来以便参考：

  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		uint16_t addr_any = 4;
		uint8_t num1 =107,num2;
		uint16_t addr_page = 2*8;
		 KEYS curKey=ScanPressedKey(KEY_WAIT_ALWAYS);

	  switch(curKey)
	  {
	  case KEY0:
		  LED0_Toggle();																		/* 切换LED0的状态 */
			if(EP24C_ReadOneByte(addr_any,&num2) == HAL_OK){	/* 从EE2PROM读取一个字节到num2,如果读取成功，返回HAL_OK */
				printf("Read %d at Arrress %d\n",num2,addr_any);
			}
		  break;

	  case KEY2:
		LED1_Toggle();																			/* 翻转LED1的状态 */
		uint8_t strOut[50];																	/* 因为case是标签，C语言中标签的下一句不能是定义变量的表达式，所以放在翻转灯后面 */
		if(EP24C_ReadBytes(addr_page,strOut,sizeof(strOut)) == HAL_OK){/* 从Page2起始地址读取50个字节 */
				printf("Read string from Page2 = %s\n",strOut);
			}
		break;

	  case KEY_UP:
		  LED0_Toggle();																	/* 翻转LED0的状态 */
		  LED1_Toggle();																	/* 翻转LED1的状态 */
			if(EP24C_WriteOneByte(addr_any,num1) == HAL_OK){/* 从EE2PROM写入一个字节到num1,如果写入成功，返回HAL_OK */
				printf("write %d at Arrress %d\n",num1,addr_any);
			}
		break;

	  case KEY1:
		{
		uint8_t strIn[50] = "University of CHAIN";      
		Buzzer_Toggle();																			/* 翻转蜂鸣器的状态 */
		if(EP24C_WriteLongData(addr_page,strIn,sizeof(strIn)) == HAL_OK){/* 从Page2起始地址开始写入2一个长字符串 */
				printf("Write string from Page2 %s\n",strIn);
			}
		}
		default:
			break;
	  }
  }
  /* USER CODE END 3 */
}  /* USER CODE BEGIN WHILE */

（3）因为上述需要用到串口，添加代码时需要注意要实现串口的重定向。

代码如下（示例）：

/* 串口重定向 */
int fputc(int ch, FILE*f)
	{
		while (!(USART1->SR & (1 << 7)));
		USART1->DR = ch;
		return ch;
	}

4.2示例结果

将上面的程序下载到下载板中，按下按键，在串口中进行显示，图4-4显示的是开发板的按键，图4-5是通过串口打印出来的信息，需要注意的是，由于开发板上的按钮没有进行消抖处理，所以每一次按下显示出来的次数可能有多次。
请添加图片描述

图4-4 开发板按键

图4-5 开发板按键

五、总结

本文讲解了I2C的基础知识，其中涉及了I2C的通信原理、HAL库驱动程序、I2C的三种发送模式（轮询（阻塞）、中断、DMA）。然后又介绍了通过I2C通信方式的EEPROM芯片24C02，包括该芯片的的读写等规则，然后通过一个示例来讲解通过I2C方式读写24C02芯片得到内容。

项目源码：HAL库STM32常用外设教程（九）—— I2C通信（读写EEPROM）
参考书籍：
《STM32Cube高效开发教程（基础篇）》王维波
《STM32F4xx中文参考手册》
《STM32F407 探索者开发指南》

无人问津也好，技不如人也罢。你都要试着安静下来，去做自己该做的事，而不是让内心烦躁，焦虑，毁掉你本就不多的热情和定力。昨日之深渊，今日之浅谈。路随远，行则将至。事随难，做则可成。
——《人民日报》

作者：printf_01

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物联沃-IOTWORD物联网 » STM32 HAL库常用外设教程（九）—— I2C通信与EEPROM读写指南

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文章目录

前言

一、I2C定义

1.1 I2C总线结构

1.2 I2C总线通信协议

1.3 STM32F407的I2C接口

二、 I2C的HAL驱动方式及程序

2.1 I2C接口的初始化

2.2 阻塞方式数据传输

2.3 中断方式数据传输

2.4 DMA方式数据传输

三、EEPROM芯片 24C02

3.1 接口和通信协议

3.1.1 写操作

3.1.2 读操作

3.2 写一个字节数据

3.3 连续写多字节数据

3.4 读1字节数据

3.5 连续读多字节数据

四、示例：通过I2C通信 读写24C02

4.1 STM32CubeMx设置

4.2 程序设计

4.2示例结果

五、总结

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四、示例：通过I2C通信读写24C02

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