代码收藏家技术教程 2025-01-22

初学stm32 — II2C_AT24C02，向EEPROM中读写数据

IIC总线协议介绍

IIC总线结构图

IIC协议时序

1. ACK（Acknowledge）

2. NACK（Not Acknowledge）

IO口模拟II2C协议

发送起始信号：

发送停止信号：

检测应答信号：

发送应答信号：

发送非应答信号：

读取1字节数据：

AT24C02介绍

AT24C02通讯地址

AT24C02读写时序

I²C 相关的 AC 特性表

AT24C02写时序

AT24C02读时序

AT24C02驱动步骤

IIC配置步骤

为什么IIC总线SDA建议用开漏模式？

AT24C02配置步骤

IIC总线协议介绍

IIC：Inter Integrated Circuit，集成电路总线，是一种同步串行半双工通信总线。

总线：就是传输数据的通道

协议：就是传输数据的规则

IIC总线结构图

① 由时钟线SCL和数据线SDA组成，并且都接上拉电阻，确保总线空闲状态为高电平

② 总线支持多设备连接，允许多主机存在，每个设备都有一个唯一的地址

③ 连接到总线上的数目受总线的最大电容400pf限制

④ 数据传输速率：标准模式100k bit/s 快速模式400k bit/s 高速模式3.4Mbit/s

可以归纳为：

主设备向从设备写数据时：

主设备先发送起始信号（START 信号），然后发送数据，每次发送 1 个字节（8 位）。主设备在发送完一个字节后，等待从设备返回应答信号（ACK）。如果主机收到 ACK 信号，表示从机已正确接收该字节，主机可以选择继续发送下一个字节，或者发送停止信号（STOP 信号）来结束通信。

主设备向从设备读数据时：

主设备先发送起始信号（START 信号），然后开始接收从设备发送的数据。主设备每接收 1 个字节后，需要发送一个应答信号（ACK）给从设备，表示数据接收成功。如果主机发送 ACK 信号，从机会继续发送下一个字节；如果主机发送非应答信号（NACK），表示主机不再需要更多数据，并且主机应发送停止信号（STOP 信号）来结束通信。

II2C的数据有效性，是指数据的读取和写入只在SCK高电平的时候有效。

II2C的数据传输顺序，是先从高位到低位的写入与读取。

空闲状态，是SDA和SCK空闲时为高电平。

IIC协议时序

起始信号(S)：当SCL为高电平时，SDA从高电平变为低电平

停止信号(P)：当SCL为高电平时，SDA从低电平变为高电平

应答信号：上拉电阻影响下SDA默认为高，而从机拉低SDA就是确认收到数据即ACK，否则NACK

1. ACK（Acknowledge）

含义：

ACK 表示确认信号，意味着接收方成功接收到数据字节，并准备好接收或发送下一个字节。

工作原理：

数据传输完成后，发送方会在第 9 个时钟周期期间释放 SDA 线（即保持高阻态）。

接收方会在此时 拉低 SDA 线（保持低电平），以此表示数据接收成功。

触发条件：

由接收方发送 ACK 信号。例如：

当主机写数据时：从机发送 ACK，表示它成功接收到该字节。

当主机读数据时：主机发送 ACK，表示它成功接收到从机发来的字节。

2. NACK（Not Acknowledge）

含义：

NACK 表示非确认信号，意味着接收方没有成功接收到数据字节，或者不需要继续通信。

工作原理：

数据传输完成后，发送方会在第 9 个时钟周期期间释放 SDA 线。

接收方保持 SDA 线为高电平，表示未确认（NACK）。

触发条件：

由接收方发送 NACK 信号。例如：

当主机写数据时：从机发送 NACK，表示它未能正确接收数据，或者它无法继续接收数据。

当主机读数据时：主机发送 NACK，表示它不需要从机发送更多数据，并准备终止通信。

IO口模拟II2C协议

发送起始信号：

/**
 * @brief       产生IIC起始信号
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_start(void)
{
    IIC_SDA(1);
    IIC_SCL(1);
    iic_delay();
    IIC_SDA(0);     /* START信号: 当SCL为高时, SDA从高变成低, 表示起始信号 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(0);     /* 钳住I2C总线，准备发送或接收数据 */
    iic_delay();
}

发送停止信号：

/**
 * @brief       产生IIC停止信号
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_stop(void)
{
    IIC_SDA(0);     /* STOP信号: 当SCL为高时, SDA从低变成高, 表示停止信号 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(1);
    iic_delay();
    IIC_SDA(1);     /* 发送I2C总线结束信号 */
    iic_delay();
}

检测应答信号：

/**
 * @brief       等待应答信号到来
 * @param       无
 * @retval      1，接收应答失败
 *              0，接收应答成功
 */
uint8_t iic_wait_ack(void)
{
    uint8_t waittime = 0;
    uint8_t rack = 0;

    IIC_SDA(1);     /* 主机释放SDA线(此时外部器件可以拉低SDA线) */
    iic_delay();
    IIC_SCL(1);     /* SCL=1, 此时从机可以返回ACK */
    iic_delay();

    while (IIC_READ_SDA)    /* 等待应答 */
    {
        waittime++;

        if (waittime > 250)
        {
            iic_stop();
            rack = 1;
            break;
        }
    }

    IIC_SCL(0);     /* SCL=0, 结束ACK检查 */
    iic_delay();
    return rack;
}

发送应答信号：

/**
 * @brief       产生ACK应答
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_ack(void)
{
    IIC_SDA(0);     /* SCL 0 -> 1  时 SDA = 0,表示应答 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(1);     /* 产生一个时钟 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(0);
    iic_delay();
    IIC_SDA(1);     /* 主机释放SDA线 */
    iic_delay();
}

发送非应答信号：

/**
 * @brief       不产生ACK应答
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_nack(void)
{
    IIC_SDA(1);     /* SCL 0 -> 1  时 SDA = 1,表示不应答 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(1);     /* 产生一个时钟 */
    iic_delay();
    IIC_SCL(0);
    iic_delay();
}

发送1字节数据：

/**
 * @brief       IIC发送一个字节
 * @param       data: 要发送的数据
 * @retval      无
 */
void iic_send_byte(uint8_t data)
{
    uint8_t t;
    
    for (t = 0; t < 8; t++)
    {
        IIC_SDA((data & 0x80) >> 7);    /* 高位先发送 */
        iic_delay();
        IIC_SCL(1);
        iic_delay();
        IIC_SCL(0);
        data <<= 1;     /* 左移1位,用于下一次发送 */
    }
    IIC_SDA(1);         /* 发送完成, 主机释放SDA线 */
}

读取1字节数据：

/**
 * @brief       IIC读取一个字节
 * @param       ack:  ack=1时，发送ack; ack=0时，发送nack
 * @retval      接收到的数据
 */
uint8_t iic_read_byte(uint8_t ack)
{
    uint8_t i, receive = 0;

    for (i = 0; i < 8; i++ )    /* 接收1个字节数据 */
    {
        receive <<= 1;  /* 高位先输出,所以先收到的数据位要左移 */
        IIC_SCL(1);
        iic_delay();

        if (IIC_READ_SDA)
        {
            receive++;
        }
        
        IIC_SCL(0);
        iic_delay();
    }

    if (!ack)
    {
        iic_nack();     /* 发送nACK */
    }
    else
    {
        iic_ack();      /* 发送ACK */
    }

    return receive;
}

AT24C02介绍

EEPROM是一种掉电后数据不丢失的储存器，常用来存储一些配置信息，在系统重新上电时就可以加载。

AT24C02是一个2K bit的EEPROM存储器，使用IIC通信方式。

AT24C02通讯地址

AT24C02读写时序

AT24C02支持的读写操作

写操作:

AT24C02支持字节写模式和页写模式。

字节写模式就是一个地址一个数据进行写入。

页写模式就是连续写入数据。只需要写一个地址，连续写入数据时地址会自增，但存在页的限制，超出一页时，超出数据覆盖原先写入的数据。但读会自动翻页。

读操作:

AT24C02支持当前地址读模式，随机地址读模式和顺序读模式。

当前读模式是基于上一次读/写操作的最后位置继续读出数据。

随机地址读模式是指定地址读出数据。

顺序读模式是连续读出数据。

I²C 相关的 AC 特性表

（用于 AT24C01A/02/04/08A/16A 存储器）

t_LOW：

含义：SCL 低电平脉冲宽度。

范围：最小值为 1.2 μs。

表示 SCL 保持低电平的最短时间。

t_HIGH：

含义：SCL 高电平脉冲宽度。

范围：最小值为 0.6 μs。

表示 SCL 保持高电平的最短时间。

t_WR

含义：写周期时间。

范围：典型值为 5 ms。

表示从机完成一次写操作所需的时间。

这里的，我们设置t_LOW = t_HIGH = 2us。

t_WR表示缓冲时间，是表示写入之后，在下一次写入之前要等待的缓冲时间，要大于5ms,这里我们设置为10ms

AT24C02写时序

AT24C02读时序

AT24C02驱动步骤

硬件和软件IIC对比

IIC配置步骤

1、使能SCL和SDA对应时钟

__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()

2、设置GPIO工作模式

SDA开漏/SCL推挽输出模式，使用HAL_GPIO_Init初始化

3、编写基本信号

起始信号停止信号 应答信号

4、编写读和写函数

iic_read_byte

iic_send_byte

注意：发送完成，主机释放SDA

为什么IIC总线SDA建议用开漏模式？

IIC的SDA脚即要作为输出，又要作为输入，用开漏输出模式，很好实现输出输入共用，避免IO模式频繁切换带来的麻烦。

输出时：主机（MCU）输出0，可以拉低信号，来实现低电平发送，主机输出1（实际不起作用），由外部上拉电阻上拉，实现高电平发送。

输入时：主机（MCU）设置输出1状态，此时因为MCU无法输出1，相当于释放了SDA脚，此时外部器件可以主动拉低SDA脚/释放SDA脚（同样由上拉电阻提供“输出1的功能”），实现SDA脚的高低电平变化。

由于开漏输出模式下，MCU还是可以读取IDR状态寄存器，来获取引脚高低电平，因此MCU读取IDR，即可获得SDA脚的高低电平状态，从而实现输入检测。

AT24C02配置步骤

AT24C02驱动步骤:

1、初始化IIC接口

2、编写写入/读取一个字节数据函数遵循时序流程编写

3、编写连续读和连续写函数在2的基础上进行实现

作者：end_SJ

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IIC总线协议介绍

IIC总线结构图

IIC协议时序

1. ACK（Acknowledge）

2. NACK（Not Acknowledge）

IO口模拟II2C协议

发送起始信号：

发送停止信号：

检测应答信号：

发送应答信号：

发送非应答信号：

读取1字节数据：

AT24C02介绍

AT24C02通讯地址

AT24C02读写时序

I²C 相关的 AC 特性表

AT24C02写时序

AT24C02读时序

AT24C02驱动步骤

IIC配置步骤

为什么IIC总线SDA建议用开漏模式？

AT24C02配置步骤

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