STM32的I2C的原理与使用（24C02附代码）

一、IIC的定义

I2C(IIC,Inter－Integrated Circuit),两线式串行总线,由PHILIPS开发用于连接微控制器及其外围设备。IIC是一种多向控制总线，就是说多个芯片可以连接到同一总线结构下，同时每个芯片都可以作为实施数据传输的控制源。这种方式简化信号传输总线。

它由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上，可发送接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，高速IIC总线一般可达400kbps以上。

IIC是半双工通信方式。

二、多主机I2C总线系统结构

2）多设备的使用举例

每个接到I2C总线的设备都有一个唯一的地址

三、I2C协议

空闲状态

开始信号

停止信号

应答信号

数据的有效性

数据传输

我们以斗地主为例：

1）空闲状态

I2C总线总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电平时，规定为总线的空闲状态。此时各个器件的输出级场效应管均处在截止状态，即释放总线，由两条信号线各自的上拉电阻把电平拉高。

2）起始信号与停止信号

起始信号：当SCL为高期间，SDA由高到低的跳变；启动信号是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。

停止信号：当SCL为高期间，SDA由低到高的跳变；停止信号也是一种电平跳变时序信号，而不是一个电平信号。

3）应答信号ACK

发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。 应答信号为低电平时，规定为有效应答位（ACK简称应答位），表示接收器已经成功地接收了该字节；应答信号为高电平时，规定为非应答位（NACK），一般表示接收器接收该字节没有成功。 

对于反馈有效应答位ACK的要求是，接收器在第9个时钟脉冲之前的低电平期间将SDA线拉低，并且确保在该时钟的高电平期间为稳定的低电平。 如果接收器是主控器，则在它收到最后一个字节后，发送一个NACK信号，以通知被控发送器结束数据发送，并释放SDA线，以便主控接收器发送一个停止信号P。

4）数据有效性

I2C总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化。

即：数据在SCL的上升沿到来之前就需准备好。并在在下降沿到来之前必须稳定。

5）数据的传送

在I2C总线上传送的每一位数据都有一个时钟脉冲相对应（或同步控制），即在SCL串行时钟的配合下，在SDA上逐位地串行传送每一位数据。数据位的传输是边沿触发。

STM32F4的IIC代码如下：

IIC.c

#include "myiic.h"

#include "delay.h"

//初始化IIC

void IIC_Init(void)

{

  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

  RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);//使能GPIOB时钟

  //GPIOB8,B9初始化设置

  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9;

  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;//普通输出模式

  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;//推挽输出

  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//100MHz

  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//上拉

  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化

IIC_SCL=1;

IIC_SDA=1;

}

//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 

}

//产生IIC停止信号

void IIC_Stop(void)

{

SDA_OUT();//sda线输出

IIC_SCL=0;

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

  delay_us(4);

IIC_SCL=1; 

IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号

delay_us(4);    

}

//等待应答信号到来

//返回值：1，接收应答失败

//        0，接收应答成功

u8 IIC_Wait_Ack(void)

{

u8 ucErrTime=0;

SDA_IN();      //SDA设置为输入  

IIC_SDA=1;delay_us(1);    

IIC_SCL=1;delay_us(1);  

while(READ_SDA)

{

ucErrTime++;

if(ucErrTime>250)

{

IIC_Stop();

return 1;

}

}

IIC_SCL=0;//时钟输出0    

return 0;  

} 

//产生ACK应答

void IIC_Ack(void)

{

IIC_SCL=0;

SDA_OUT();

IIC_SDA=0;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

}

//不产生ACK应答     

void IIC_NAck(void)

{

IIC_SCL=0;

SDA_OUT();

IIC_SDA=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=1;

delay_us(2);

IIC_SCL=0;

}

//IIC发送一个字节

//返回从机有无应答

//1，有应答

//0，无应答   

void IIC_Send_Byte(u8 txd)

{                        

    u8 t;   

SDA_OUT();     

    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输

    for(t=0;t<8;t++)

    {              

        IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;

        txd<<=1;   

delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的

IIC_SCL=1;

delay_us(2); 

IIC_SCL=0;

delay_us(2);

    }  

}

//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   

u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)

{

unsigned char i,receive=0;

SDA_IN();//SDA设置为输入

    for(i=0;i<8;i++ )

{

        IIC_SCL=0; 

        delay_us(2);

IIC_SCL=1;

        receive<<=1;

        if(READ_SDA)receive++;   

delay_us(1); 

    }  

    if (!ack)

        IIC_NAck();//发送nACK

    else

        IIC_Ack(); //发送ACK   

    return receive;

}

IIC.h

#ifndef __MYIIC_H

#define __MYIIC_H

#include "sys.h" 

//IO方向设置

#define SDA_IN()  {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2;} //PB9输入模式

#define SDA_OUT() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=1<<9*2;} //PB9输出模式

//IO操作函数  

#define IIC_SCL    PBout(8) //SCL

#define IIC_SDA    PBout(9) //SDA  

#define READ_SDA   PBin(9)  //输入SDA 

//IIC所有操作函数

void IIC_Init(void);                //初始化IIC的IO口  

void IIC_Start(void); //发送IIC开始信号

void IIC_Stop(void);   //发送IIC停止信号

void IIC_Send_Byte(u8 txd); //IIC发送一个字节

u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC读取一个字节

u8 IIC_Wait_Ack(void); //IIC等待ACK信号

void IIC_Ack(void); //IIC发送ACK信号

void IIC_NAck(void); //IIC不发送ACK信号

void IIC_Write_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8 data);

u8 IIC_Read_One_Byte(u8 daddr,u8 addr);  

#endif

四、EEPROM(24C02）的使用

总容量是256（2K/8)个字节。接口：IIC

芯片图:

这里的A0=A1=A2=0

24C02读写字节时序

写：

读：

24C02的代码如下：

24cxx.c:

#include "24cxx.h" 

#include "delay.h"  

//初始化IIC接口

void AT24CXX_Init(void)

{

IIC_Init();//IIC初始化

}

//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;        

    IIC_Start();  

if(EE_TYPE>AT24C16)

{

IIC_Send_Byte(0XA0);    //发送写命令

IIC_Wait_Ack();

IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);//发送高地址     

}else IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,写数据    

IIC_Wait_Ack(); 

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

IIC_Wait_Ack();     

IIC_Start();     

IIC_Send_Byte(0XA1);           //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;

}

//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();  

if(EE_TYPE>AT24C16)

{

IIC_Send_Byte(0XA0);     //发送写命令

IIC_Wait_Ack();

IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);//发送高地址   

}else IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1));   //发送器件地址0XA0,写数据  

IIC_Wait_Ack();    

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

IIC_Wait_Ack();      

IIC_Send_Byte(DataToWrite);     //发送字节    

IIC_Wait_Ack();         

    IIC_Stop();//产生一个停止条件 

delay_ms(10);  

}

//在AT24CXX里面的指定地址开始写入长度为Len的数据

//该函数用于写入16bit或者32bit的数据.

//WriteAddr  :开始写入的地址  

//DataToWrite:数据数组首地址

//Len        :要写入数据的长度2,4

void AT24CXX_WriteLenByte(u16 WriteAddr,u32 DataToWrite,u8 Len)

{ 

u8 t;

for(t=0;t {

AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr+t,(DataToWrite>>(8*t))&0xff);

}     

}

//在AT24CXX里面的指定地址开始读出长度为Len的数据

//该函数用于读出16bit或者32bit的数据.

//ReadAddr   :开始读出的地址 

//返回值     :数据

//Len        :要读出数据的长度2,4

u32 AT24CXX_ReadLenByte(u16 ReadAddr,u8 Len)

{ 

u8 t;

u32 temp=0;

for(t=0;t {

temp<<=8;

temp+=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr+Len-t-1);    

}

return temp;     

}

//检查AT24CXX是否正常

//这里用了24XX的最后一个地址(255)来存储标志字.

//如果用其他24C系列,这个地址要修改

//返回1:检测失败

//返回0:检测成功

u8 AT24CXX_Check(void)

{

u8 temp;

temp=AT24CXX_ReadOneByte(255);//避免每次开机都写AT24CXX    

if(temp==0X55)return 0;    

else//排除第一次初始化的情况

{

AT24CXX_WriteOneByte(255,0X55);

    temp=AT24CXX_ReadOneByte(255);   

if(temp==0X55)return 0;

}

return 1;   

}

//在AT24CXX里面的指定地址开始读出指定个数的数据

//ReadAddr :开始读出的地址 对24c02为0~255

//pBuffer  :数据数组首地址

//NumToRead:要读出数据的个数

void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead)

{

while(NumToRead)

{

*pBuffer++=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr++);

NumToRead--;

}

}  

//在AT24CXX里面的指定地址开始写入指定个数的数据

//WriteAddr :开始写入的地址 对24c02为0~255

//pBuffer   :数据数组首地址

//NumToWrite:要写入数据的个数

void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite)

{

while(NumToWrite--)

{

AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr,*pBuffer);

WriteAddr++;

pBuffer++;

}

}

24cxx.h:

#ifndef __24CXX_H

#define __24CXX_H

#include "myiic.h"   

#define AT24C01 127

#define AT24C02 255

#define AT24C04 511

#define AT24C08 1023

#define AT24C16 2047

#define AT24C32 4095

#define AT24C64     8191

#define AT24C128 16383

#define AT24C256 32767  

//Mini STM32开发板使用的是24c02，所以定义EE_TYPE为AT24C02

#define EE_TYPE AT24C02

u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr); //指定地址读取一个字节

void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite); //指定地址写入一个字节

void AT24CXX_WriteLenByte(u16 WriteAddr,u32 DataToWrite,u8 Len);//指定地址开始写入指定长度的数据

u32 AT24CXX_ReadLenByte(u16 ReadAddr,u8 Len); //指定地址开始读取指定长度数据

void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite); //从指定地址开始写入指定长度的数据

void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead);    //从指定地址开始读出指定长度的数据

u8 AT24CXX_Check(void);  //检查器件

void AT24CXX_Init(void); //初始化IIC

#endif

main.c:

#include "sys.h"

#include "delay.h"

#include "usart.h"

#include "led.h"

#include "lcd.h"

#include "24cxx.h"

#include "key.h"  

//要写入到24c02的字符串数组

const u8 TEXT_Buffer[]={"Explorer STM32F4 IIC TEST"};

#define SIZE sizeof(TEXT_Buffer)  

int main(void)

{ 

u8 key;

u16 i=0;

u8 datatemp[SIZE];

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2

delay_init(168);    //初始化延时函数