2021年10月14日 | STM32-IIC通信（基于AT24C02的软件IIC通信）

IIC是什么？

IIC是一种通信是一种由 PHILIPS 公司开发的两线式串行总线。IIC是用来传输数据的，也是一种通信协议。

IIC的特点：

IIC总线简单而有效，占用的PCB（印制电路板）空间很小，芯片引脚数量少，设计成本低。IIC总线支持多主控（Multi-Mastering）模式，任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主设备。主控能够控制数据的传输和时钟频率，在任意时刻只能有一个主控。高速 IIC 总线一般可达 400kbps 以上。

IIC的通信时序：

I2C 总线在传送数据过程中共有三种类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。

开始信号：SCL 为高电平时，SDA 由高电平向低电平跳变，开始传送数据。

结束信号：SCL 为高电平时，SDA 由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

数据传输 ：SDA的数据在SCL高电平期间被写入从机。SDA的数据变化发生在SCL低电平期间。

注：IIC通信的数据采集发生在SCL时钟信号高电平的时候。

应答信号：接收数据的 IC 在接收到 8bit 数据后，向发送数据的 IC 发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。

这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。

硬件IIC与软件IIC:

硬件IIC:

硬件IIC也就是说它的通信时序由硬件完成，不需要软件干预。也就是说什么起始信号、结束信号、应答信号我们不用管，它们都是由硬件完成的。

硬件IIC的优缺点：

优点：通信速度快、效率高。

缺点：只能是拥有IIC功能的IO口可以用，移植起来很麻烦。

软件IIC:

软件IIC是指用软件去控制单片机IO口的电平的高低转换以及高低电平的时间去模拟出一个IIC通信的时序。也就说IIC的起始信号、结束信号、应答/非应答信号都是用软件编程写出来的。

软件IIC的优点：可移植性高；是个单片机都能用，任何普通的IO口都可以进行软件IIC通信（像51单片机这一类，就必须用软件IIC了）。

缺点：通信效率慢了点,但是几us完全可以忽略不计。

前面我们就有说IIC的起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要，在这里就看看IIC起始信号的代码。

这里是AT24Cxx芯片IIC通信的时序要求：

//产生IIC起始信号

void IIC_Start(void)

{

SDA_OUT();     //sda线输出

IIC_SDA=1;     

IIC_SCL=1;

delay_us(4);

  IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 

delay_us(4);

IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 

}

在这里 IIC_SDA和IIC_SCL用宏定义定义了单片机的引脚，比如：#define IIC_SCL PBout(8) //SCL

这样的代码移植起来非常方便，假如你想把stm32的例程移植到51单片机的时候，只需要把引脚定义改一改，另外再写一个精确的延时函数即可，非常简单方便。所以我极力推荐大家使用软件IIC通信。

下面通过STM32于AT24C02之间的通信，了解一下软件IIC通信。

引脚功能：

A0-A2:地址输入**（注意:仅在AT24C01/02中适用）**

SDA:串行数据

SCL:串行时钟输入

WP:写保护

题外：NC代表引脚可悬空（NC代表无用引脚，在设计时不用连接）在使用大于2K的AT24C系列芯片时， A0-A2会有几个引脚为无用，具体可看芯片手册。

硬件电路设计：

为什么这样设计，引脚为什么这样连？这就要问问芯片手册了。

翻译如下：（加入了个人理解，可能会有错误）

引脚描述：

串行时钟(SCL): SCL输入用于将正边缘时钟数据输入每个EEPROM设备，将负边缘时钟数据输出每个设备。

串行数据(SDA): SDA引脚是双向串行数据传输。这种引脚是开漏驱动的，可以与任意数量的其他开漏或开集电极装置相连。

设备/页面地址(A2, A1, A0): A2, A1和A0引脚是AT24CO1A和AT24C02硬连接的设备地址输入。多达八台1K/2K设备可以在一个总线系统上被寻址(设备寻址在设备寻址部分下被详细讨论)。（A2, A1, A0，3个位代表8个地址，其实就是2^3=8，所以可以AT24C01/2可以接8个设备）

AT24C04使用硬线寻址的A2和A1输入，在一个单一总线系统上可以寻址共四个4K设备，A0引脚是一个无连接。

AT24C08A只使用A2输入为硬线寻址和两个8K设备可以在一个单一总线系统上被寻址，A0和A1引脚没有连接。

AT24C16A不使用设备地址引脚，它限制了单个总线上的设备的数量为一个A0、A1和A2引脚没有连接。

写保护(WP): AT24C01A/02/04/08A/16A有一个写保护pin，提供硬件数据保护。当连接到地(GND)时，写保护pin允许正常的读/写操作。当写保护引脚连接到Vcc时，写保护功能启用。

芯片器件地址：

设备地址的第8位是读/写操作选择位（R/W位）。

如果这个位高，则启动读操作;

如果这个位低，则启动写操作。

按照我们原理图的接法，我们可以知道：

1、WP接低电平，允许读/写操作

2、A2, A1和A0引脚都是接地，芯片高四位统一为1010（十六进制为A）所以器件地址就是：1010 000X

读地址操作：0XA1

写地址操作：0XA0

写操作方法：1、字节写 2、页写

字节写:

字节写操作首先发送设备地址字和写确认（也就是0XA0））；在收到这个地址，EEPROM将响应一个“0”。

然后发送8位数据储存地址（在容量大于2K的芯片是word adress，也就是字地址，一个字为两个字节，所以一次是写两个字节地址，分别为要写入地址的高8位和低八位共16位地址）；在收到两个8位数据字地址之后，EEPROM将再输出一个“0”响应。最后发送数据，发送结束后产生一个0的应答。

寻址设备，如微控制器，在收到这些操作后必须以停止条件终止写序列。此时EEPROM进入到非易失性存储器的内部定时写周期twp。在这个写周期中，所有输入都被禁用，直到写完成，EEPROM才会响应(参见第10页的图8)。

//在AT24CXX指定地址写入一个数据

//WriteAddr  :写入数据的目的地址    

//DataToWrite:要写入的数据

void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)

{

IIC_Start();  //产生IIC起始信号

  //发送外设地址0XA0（末位为0表示写数据） +储存地址高8位

IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1));   

IIC_Wait_Ack();     //等待应答

IIC_Send_Byte(WriteAddr%256);   //发送储存地址低8位

IIC_Wait_Ack();      

IIC_Send_Byte(DataToWrite);     //发送字节    

IIC_Wait_Ack();         

IIC_Stop();            //产生停止信号

delay_ms(10);  

}

程序里面把器件地址（对应word adress）分开为两次发（因为IIC每次是写入8位），第一次是(WriteAddr/256)<<1)把地址左移一位。

**注意：**其实在使用AT24C02时，不需要那么麻烦。只需以下操作：

void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)

{

IIC_Start();  //产生IIC起始信号

IIC_Send_Byte(0XA0);     //发送外设地址0XA0

IIC_Wait_Ack();     //等待应答

IIC_Send_Byte(WriteAddr);   //发送储存地址

IIC_Wait_Ack();      

IIC_Send_Byte(DataToWrite);     //发送字节    

IIC_Wait_Ack();         

IIC_Stop();            //产生停止信号

delay_ms(10);  

}

所以多出来的那几个语句只是为了兼容后面容量大的芯片。

页写：（没有例程）

页写:1K/2K EEPROM能够进行8字节的页写，而4K、8K和16K设备能够进行16字节的页写。页写的初始化与字节写的初始化是一样的，但是微控制器不会在第一个数据字被写入后发送一个停止条件。相反，在EEPROM确认接收到第一个数据字后，微控制器可以发送最多服务器(1K/2K)或15个(4K、8K、16K)更多的数据字。EEPROM在收到每个数据字后将以一个“O”响应。微控制器必须使用停止条件终止页写序列(参见第10页上的图9)。数据字地址较低的三位(1K/2K)或四位(4K, 8K, 16K)位在收到每个数据字后内部递增。较高的数据字地址位不递增，保持内存页行位置。当内部生成的单词address到达页面边界时，下面的字节被放置在同一页面的开头。如果超过8个(1K/2K)或16个(4K, 8K, 16K)数据字被传输到EEPROM，数据字地址将“滚动”，之前的数据将被覆盖

读的时序：有3种：1、当前地址读 2、随机读3、顺序读

下面贴出随机读的时序：

//在AT24CXX指定地址读出一个数据

//ReadAddr:开始读数的地址  

//返回值  :读到的数据

u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)

{   

u8 temp=0; //用于保存读取到的数据的变量      

  IIC_Start();  //产生一个起始信号

IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,末位为0代表写数据    

IIC_Wait_Ack();                 //产生一个应答信号

  IIC_Send_Byte(ReadAddr%256);   //发送低地址

IIC_Wait_Ack();                 

IIC_Start();              //再次产生一个起始信号

IIC_Send_Byte(0XA1);           //发送器件地址，末位为1代表读数据进入接收模式    

IIC_Wait_Ack();  

  temp=IIC_Read_Byte(0);    

  IIC_Stop();//产生一个停止条件     

return temp;

}

关于ReadAddr%256和ReadAddr/256也是为了兼容容量大的AT24C系列芯片，具体在前面写操作时有写，这里就不再赘述了。