2019年08月12日 | 初学24CXX系列EEPROM使用详解&STM32库函数I2C总线

      24CXX系列芯片属于EEPROM（Electrically Erasable Programmable read only memory）即电可擦可编程只读存储器，是一种掉电后数据不丢失（不挥发）存储芯片。

      24CXX系列芯片数据说明：见下表（只做参考，只表明常用24CXX器件的常用数据，具体使用请查阅器件数据手册）：

如24C02BN容量=2KB，但写缓冲区（页容量）=8K

1、“型号”：24Cxx系列型号的标称C后面的参数代表其存储容量大小，单位为KB，这里的1KB=1024bit；

2、“存储容量”：24Cxx系列存储数据为8位（bit）格式，根据其容量可以计算出各型号具体存储数据的字节（Byte）数；

3、“页数”和“写缓冲器容量”：为减少器件的功耗，每个24CXX器件都有一个写缓冲器，器件收到总线发来的数据时，先写入缓冲器并进行应答，直到器件收到总线上发出的STOP信号后，器件将收到的数据写入其内部存储器中；

收到总线STOP信号后，器件将数据从写缓冲器写入存储器中，这个过程需要5ms，如果后面需要进行立即读取或再次写入操作，必须延时>5ms。

“写缓冲器容量”就代表器件可以一次性写入数据的大小，也就是“页”大小。24CXX系列“写缓冲器”（页容量）大小不同，再根据器件存储器大小，“页数”也不相同。

页写：每次对器件的写入（写缓冲器），可以进行多字节数据连续写（只要总线不发出STOP信号），写缓冲器地址位自动+1，如果写入的字节数超过写缓冲器容量，地址计数器自动翻转，从写缓冲器0x00地址重新计数，并覆盖原先写入的数据。

如果在对器件的写操作是从数据地址的0x00地址位开始，在写缓冲器也是从0x00位开始，写满一页需要写入字节数也就等于写缓冲器容量大小；如果设定的写数据地址不是0x00，对于写入写缓冲器的位置地址就是“写数据初始地址%写缓冲器容量（求余）”，这时写满第1页的字节数不一定等于写缓冲器容量大小。

4、“存储数据地址位数”：（数据存储地址和器件地址不是一个概念），24CXX器件内部存储的每个字节（Byte）都可以进行单独的读写操作（单字节读写），“存储数据地址位数”就代表了其用于寻址的地址位长度。根据容量不同，24C01/02使用8位数据地址位，24C04/08/16虽然也使用了8位的数据地址位，但8位数据地址最大0xff，表示最高可寻址256位（0~255），而24C04/08/16的存储容量有512/1024/2048Byte，明显不够，这时就看图中黄色标注部分，也就是下面说到的A2、A1和A0的其他功能；

5、“A2”、“A1”、“A0”引脚功能：24CXX系列不同型号器件的这3个引脚接法不同，部分型号可以悬空，但统一接VSS代表0，接VCC代表1。不同型号器件的这3个引脚功能也不同，具体如下：

功能1：图中引脚功能为A2、A1或A0时，说明这3个引脚可以配置为器件的总线地址（通过分别接VSS或VCC），也表示了同一I2C总线上可以连接的同一型号的器件数量。如24C01/02可以接8个，而24C16在同一个I2C总线上只能接1个器件；

功能2：引脚功能位P8、P9和P10时（黄色标注部分），其代表的是数据帧地址。刚才已经说了，24C04存储容量有512Byte，使用8位地址数据寻址只能寻址256位，这里其A0引脚的功能就是数据地址位的第9位，这样其实际寻址功能为2^9=512，24C08和24C16也同理。所以在操作24C04/08/16器件时，如果要使用全部的存储空间，相应P8、P9或P10引脚应单独使用IO控制。

遇到的问题：在实际操作中使用STM32的I2C总线读写24CXX系列EEPROM时，遇到很多问题，陆陆续续学习了好几天，才一一解决。主要的问题有：

1、    开始使用的是板载24C02，在以起始地址0x00进行操作，单字节读写正常，使用多页写时要注意，根据器件的数据手册，写数据首先是写入写缓冲器中，页写就是指向写缓冲器连续写入多个字节，只有在写满写缓冲器（页）或数据字节已经写完，当器件收到总线发出STOP信号后，器件将写缓冲器中数据转写入存储器中，这个事件需要5ms的时间，而且在此期间器件不会对总线做任何反应的。所以在进行页写、总线有多个发送STOP程序之间，或者写完立即读的时候，必须在每个STOP信号后延时5ms。

2、    在使用板载的24C02时，调试页写程序，按照查找的资料，包括程序中定义的24C02参数，应该是写缓冲器为16字节（页容量），也就是每次连续写最多16位，但实际情况是写入和读出的数据不符。最后仔细查看板载的芯片型号，详细的型号为24C02BN，再次查看数据手册，才发现这个型号的24C02，写缓冲器（页容量）是8位，而不是24C02的16位，修改程序，调用程序中24C01定义的参数，读写相符。

3、    使用的是板载24C02，在以起始地址不等于0x00进行操作时，例如起始地址0x05，写入看不出来异常，但是读取时从第0x08位置数据错误，最后确认数据在写入写缓冲器时，并不是始终都是从写缓冲器的头部开始写入，而是根据页（写缓冲器）对应（映射）的存储器地址来写入的。例如起始地址0x05，则在写入写缓冲器时也是从第6位开始写入，写到第8位就算写满本页，需要发送STOP使器件将写缓冲器的内容转写到存储器对应地址中。

4、    I2C总线可以挂在多个器件，正好手上有24C32芯片，刚开始调试单字节读写程序时就发现读写24C02正常，读写24C32不符的问题，仔细查看数据手册，发现24C32因为存储容量较大，数据的地址位使用8位已经不能够定义，24C32使用了16位数据地址长度，程序中也需要对各个芯片的数据地址位长度进行定义。同时也知道了24C04/08/16芯片的A0、A1和A2引脚的不同功能，虽然这三个型号也是8位数据地址位，但同样引用了A0/A1/A2的引脚硬件控制作为存储器数据地址的第9/10/11位；

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*  课例名称：学习STM32固件库I2C总线

*  内容说明：IIC总线上EEPROM存储器按页写操作及读的例程

*  平台芯片：STM32F103ZE

*  端口说明：I2C1_SCK=PB6;I2C1_SDA=PB7

* USART1_Tx=PA9;USART1_Rx=PA10;

*  其他说明：24CXX系列的型号只定义了容量大小，但尾标不同，其页容量和

*            数据地址字节长度也不同，具体以数据手册为准

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#include "stm32f10x.h"

#include "stdio.h"

/*********************定义I2C初始化数据**********************/

#define I2C_Speed        400000 //I2C1设置数据传输速度

#define I2C1_OWN_ADDRESS7 0X0a    //主设备的从地址

/********************定义I2C中线器件参数*********************/

#define EE_24C32_ADDRESS 0xae        //定义器件型号和器件地址

/*根据型号，定义PAGE_SIZE写存储器（页）大小和数据地址位长度*/

#ifdef EE_24C01_ADDRESS

   #define PAGE_SIZE           8

   #define WORD_ADDR_SIZE      8

#define EEPROM_ADDRESS      EE_24C01_ADDRESS

#endif

#ifdef EE_24C02_ADDRESS

   #define PAGE_SIZE           16

   #define WORD_ADDR_SIZE      8

#define EEPROM_ADDRESS      EE_24C02_ADDRESS

#endif

#ifdef EE_24C04_ADDRESS

   #define PAGE_SIZE           16

   #define WORD_ADDR_SIZE      8

#define EEPROM_ADDRESS      EE_24C04_ADDRESS

#endif

#ifdef EE_24C08_ADDRESS

   #define PAGE_SIZE           16

   #define WORD_ADDR_SIZE      8

#define EEPROM_ADDRESS      EE_24C08_ADDRESS

#endif

#ifdef EE_24C16_ADDRESS

   #define PAGE_SIZE           16

   #define WORD_ADDR_SIZE      8

#define EEPROM_ADDRESS      EE_24C16_ADDRESS

#endif

#ifdef EE_24C32_ADDRESS

   #define PAGE_SIZE           32

   #define WORD_ADDR_SIZE      16

#define EEPROM_ADDRESS      EE_24C32_ADDRESS

#endif

#ifdef EE_24C64_ADDRESS

   #define PAGE_SIZE           32

   #define WORD_ADDR_SIZE      16

#define EEPROM_ADDRESS      EE_24C64_ADDRESS

#endif

#ifdef EE_24C128_ADDRESS

   #define PAGE_SIZE           64

   #define WORD_ADDR_SIZE      16

#define EEPROM_ADDRESS      EE_24C128_ADDRESS

#endif

u8 ReadData; //第二次测试读取数据变量

int fputc(int ch,FILE *f);

void Delay_MS(u16 nms);

void USART1_GPIO_Config(void);

void I2C1_GPIO_Config(void);

void I2C_WriteData(u8 addr,u8* dat,u8 size);

void I2C_PageWrite(u8 WriteAddr,u8* WriteDat,u16 WriteSize);

void I2C_ReadData(u8 ReadAddr,u8* ReadDat,u16 ReadSize);

/*****************************************************************

*  名称：Pritf重定向子函数

*****************************************************************/

int fputc(int ch,FILE *f)

{  

    while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) != SET); 

    USART_SendData(USART1,(unsigned char)ch);    

    while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC) != SET);  

    return (ch);  

}

/*****************************************************************

*  名称：SysTick_MS延时子函数

*****************************************************************/

void Delay_MS(u16 nms)

{

 u32 temp;

 SysTick->LOAD = 9000*nms;

 SysTick->VAL=0X00;//清空计数器

 SysTick->CTRL=0X01;//使能，减到零是无动作，采用外部时钟源

 do

 {

  temp=SysTick->CTRL;//读取当前倒计数值

 }

 while((temp&0x01)&&(!(temp&(1<<16))));//等待时间到达

 SysTick->CTRL=0x00; //关闭计数器

 SysTick->VAL =0X00; //清空计数器

}

/*****************************************************************

*  名称：USART1|GPIOA初始化子函数

*****************************************************************/

static void USART1_GPIO_Config(void)

{

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=(GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10);

GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;

GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);

//配置USART1_Tx=PA9;USART1_Rx=PA10;端口为复用推挽输出模式

USART_InitTypeDef USART_InitStruct;

USART_InitStruct.USART_BaudRate=9600;

USART_InitStruct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;

USART_InitStruct.USART_StopBits=USART_StopBits_1;

USART_InitStruct.USART_Parity=USART_Parity_No;

USART_InitStruct.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;

USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;

USART_Init(USART1,&USART_InitStruct);

USART_Cmd(USART1,ENABLE);

}

/*****************************************************************

*  名称：I2C1|GPIOB初始化子函数

*****************************************************************/

static void I2C1_GPIO_Config(void)

{

GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; 

/* 使能与 I2C1 有关的时钟 */

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1,ENABLE); 

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

/* PB6-I2C1_SCL、PB7-I2C1_SDA*/

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_OD;        // 开漏输出

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

I2C_InitTypeDef  I2C_InitStructure; 

/* I2C 配置 */

I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;

/* 高电平数据稳定，低电平数据变化 SCL 时钟线的占空比 */

I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;

I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = I2C1_OWN_ADDRESS7; 

I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable ;

/* I2C的寻址模式 */

I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;

/* 通信速率 */

I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = I2C_Speed;

/* I2C1 初始化 */

I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);

/* 使能 I2C1 */

I2C_Cmd(I2C1, ENABLE); 

}

/*****************************************************************

*  名称：I2C总线等待EEPROM状态检测子函数

*****************************************************************/

//void I2C_EE_WaitEepromStandbyState(void)      

//{

// vu16 SR1_Tmp = 0;

// do

// {

// /* Send START condition */

// I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

// /* Read I2C1 SR1 register */

// SR1_Tmp = I2C_ReadRegister(I2C1, I2C_Register_SR1);

// /* Send EEPROM address for write */

// I2C_Send7bitAddress(I2C1, EEPROM_ADDRESS, I2C_Direction_Transmitter);

// }

// while(!(I2C_ReadRegister(I2C1, I2C_Register_SR1) & 0x0002));

// /* Clear AF flag */

// I2C_ClearFlag(I2C1, I2C_FLAG_AF);

// /* STOP condition */    

// I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE); 

//}

/*****************************************************************

*  函数名称：I2C总线向EEPROM写数据子函数

*  函数说明：使I2C向EEPROM器件发送数据前的准备工作

*  输入参数：addr - 写入的数据起始地址

*            dat  - 写入的数据

*            size - 写入的数据长度

*  输出参数：无

*****************************************************************/

void I2C_WriteData(u8 addr,u8* dat,u8 size)

{

// I2C_EE_WaitEepromStandbyState();

/* [1]Send STRAT condition向I2C总线发送START信号 */

I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);

/* [2]Test on EV5 and clear it验证EV5事件 */

while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));  

/* [3]Send EEPROM address for write发送从设备地址 */