STM32单片机芯片与内部53 AT24C02读写原理 模拟IIC 标准库 HAL库
目录
一、AT24C02读写原理
1、设备地址
2、单字节写入
3、页写入
4、单字节读取
5、随机连续字节读取
6、顺序读取
二、模拟IIC-I2C的时序控制
1、GPIO配置
2、I2C开始
3、I2C结束
4、I2C响应
5、I2C不响应
6、I2C等待响应
7、I2C发送字节
8、I2C接收字节
三、模拟IIC-AT24C02相关控制
1、设备检测
2、写入数据
3、读取数据
一、AT24C02读写原理
1、设备地址
| 1 | 0 | 1 | 0 | A2 | A1 | A0 | R/W |
可以看到其地址用了MSB7位标识，其中1010固定，不固定的由A2 A1 A0决定。因此一个总线最多挂载8个AT24C02。
2、单字节写入
可以看到，如果每次写入数据都需要给地址那速度太慢了，因为一般不会只用8bits，而是连续较长的数据，因此AT24C02支持页写入。
3、页写入
可以看到每次页写入支持连续写入多个字节数据，但是超出了仍需要再次写入新的地址。
4、单字节读取
5、随机连续字节读取
同理，读取也支持连续，但是支持无穷连续读取。该随机并不代表随机的地址，而是用户给定的任意地址。
6、顺序读取
支持不给地址的情况下，从头读取。
二、模拟IIC-I2C的时序控制
模拟IIC只写时序，不考虑IIC的相关配置。
1、GPIO配置
之前聊过，I2C为了保证挂载，一般都是ID开漏模式，外部通过电阻上拉。
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(EEPROM_RCC_I2C_PORT, ENABLE); /* 打开GPIO时钟 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = EEPROM_I2C_SCL_PIN | EEPROM_I2C_SDA_PIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; /* 开漏输出 */
GPIO_Init(EEPROM_GPIO_PORT_I2C, &GPIO_InitStructure);
2、I2C开始
可以看到，就是直接写时序的形式。
void i2c_Start(void)
{
/* 当SCL高电平时，SDA出现一个下跳沿表示I2C总线启动信号 */
EEPROM_I2C_SDA_1();
EEPROM_I2C_SCL_1();
i2c_Delay();
EEPROM_I2C_SDA_0();
i2c_Delay();
EEPROM_I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
}3、I2C结束
void i2c_Stop(void)
{
/* 当SCL高电平时，SDA出现一个上跳沿表示I2C总线停止信号 */
EEPROM_I2C_SDA_0();
EEPROM_I2C_SCL_1();
i2c_Delay();
EEPROM_I2C_SDA_1();
}4、I2C响应
void i2c_Ack(void)
{
EEPROM_I2C_SDA_0(); /* CPU驱动SDA = 0 */
i2c_Delay();
EEPROM_I2C_SCL_1(); /* CPU产生1个时钟 */
i2c_Delay();
EEPROM_I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
EEPROM_I2C_SDA_1(); /* CPU释放SDA总线 */
}5、I2C不响应
void i2c_NAck(void)
{
EEPROM_I2C_SDA_1(); /* CPU驱动SDA = 1 */
i2c_Delay();
EEPROM_I2C_SCL_1(); /* CPU产生1个时钟 */
i2c_Delay();
EEPROM_I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
}6、I2C等待响应
uint8_t i2c_WaitAck(void)
{
uint8_t re;
EEPROM_I2C_SDA_1(); /* CPU释放SDA总线 */
i2c_Delay();
EEPROM_I2C_SCL_1(); /* CPU驱动SCL = 1, 此时器件会返回ACK应答 */
i2c_Delay();
if (EEPROM_I2C_SDA_READ()) /* CPU读取SDA口线状态 */
{
re = 1;
}
else
{
re = 0;
}
EEPROM_I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
return re;
}7、I2C发送字节
void i2c_SendByte(uint8_t _ucByte)
{
uint8_t i;
/* 先发送字节的高位bit7 */
for (i = 0; i < 8; i++)
{
if (_ucByte & 0x80)
{
EEPROM_I2C_SDA_1();
}
else
{
EEPROM_I2C_SDA_0();
}
i2c_Delay();
EEPROM_I2C_SCL_1();
i2c_Delay();
EEPROM_I2C_SCL_0();
if (i == 7)
{
EEPROM_I2C_SDA_1(); // 释放总线
}
_ucByte <<= 1; /* 左移一个bit */
i2c_Delay();
}
}8、I2C接收字节
uint8_t i2c_ReadByte(void)
{
uint8_t i;
uint8_t value;
/* 读到第1个bit为数据的bit7 */
value = 0;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
value <<= 1;
EEPROM_I2C_SCL_1();
i2c_Delay();
if (EEPROM_I2C_SDA_READ())
{
value++;
}
EEPROM_I2C_SCL_0();
i2c_Delay();
}
return value;
}三、模拟IIC-AT24C02相关控制
1、设备检测
CPU向发送设备地址，然后读取设备应答来判断该设备是否存在。
uint8_t i2c_CheckDevice(uint8_t _Address)
{
uint8_t ucAck;
i2c_CfgGpio(); /* 配置GPIO */
i2c_Start(); /* 发送启动信号 */
/* 发送设备地址+读写控制bit（0 = w， 1 = r) bit7 先传 */
i2c_SendByte(_Address | EEPROM_I2C_WR);
ucAck = i2c_WaitAck(); /* 检测设备的ACK应答 */
i2c_Stop(); /* 发送停止信号 */
return ucAck;
}2、写入数据
首先是开始。
/* 第1步：发起I2C总线启动信号 */
i2c_Start();
/* 第2步：发起控制字节，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读 */
i2c_SendByte(EEPROM_DEV_ADDR | EEPROM_I2C_WR); /* 此处是写指令 */
/* 第3步：发送一个时钟，判断器件是否正确应答 */
if (i2c_WaitAck() == 0)
{
break;
}
其次发送地址和数据，后续循环每次地址+1，向串行EEPROM指定地址写入若干数据，写串行EEPROM不像读操作可以连续读取很多字节，每次写操作只能在同一个page，即8次写入地址。
/* 第4步：发送字节地址，24C02只有256字节，因此1个字节就够了，如果是24C04以上，那么此处需要连发多个地址 */
i2c_SendByte((uint8_t)usAddr);
/* 第5步：等待ACK */
if (i2c_WaitAck() != 0)
{
goto cmd_fail; /* EEPROM器件无应答 */
}
/* 第6步：开始写入数据 */
i2c_SendByte(_pWriteBuf[i]);
/* 第7步：发送ACK */
if (i2c_WaitAck() != 0)
{
goto cmd_fail; /* EEPROM器件无应答 */
}
usAddr++; /* 地址增1 */ 最终结束。
/* 命令执行成功，发送I2C总线停止信号 */
i2c_Stop();
return 1;
cmd_fail: /* 命令执行失败后，切记发送停止信号，避免影响I2C总线上其他设备 */
/* 发送I2C总线停止信号 */
i2c_Stop();
return 0;3、读取数据
首先启动与控制。
/* 第1步：发起I2C总线启动信号 */
i2c_Start();
/* 第2步：发起控制字节，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读 */
i2c_SendByte(EEPROM_DEV_ADDR | EEPROM_I2C_WR); /* 此处是写指令 */
/* 第3步：等待ACK */
if (i2c_WaitAck() != 0)
{
goto cmd_fail; /* EEPROM器件无应答 */
}其次发送地址与等待数据。可以发现和写入不同，我们只传输了一次地址，这是因为读取支持连续读取字节，只需要给一次地址即可。
/* 第4步：发送字节地址，24C02只有256字节，因此1个字节就够了，如果是24C04以上，那么此处需要连发多个地址 */
i2c_SendByte((uint8_t)_usAddress);
/* 第5步：等待ACK */
if (i2c_WaitAck() != 0)
{
goto cmd_fail; /* EEPROM器件无应答 */
}
/* 第6步：重新启动I2C总线。前面的代码的目的向EEPROM传送地址，下面开始读取数据 */
i2c_Start();
/* 第7步：发起控制字节，高7bit是地址，bit0是读写控制位，0表示写，1表示读 */
i2c_SendByte(EEPROM_DEV_ADDR | EEPROM_I2C_RD); /* 此处是读指令 */
/* 第8步：发送ACK */
if (i2c_WaitAck() != 0)
{
goto cmd_fail; /* EEPROM器件无应答 */
}
/* 第9步：循环读取数据 */
for (i = 0; i < _usSize; i++)
{
_pReadBuf[i] = i2c_ReadByte(); /* 读1个字节 */
/* 每读完1个字节后，需要发送Ack， 最后一个字节不需要Ack，发Nack */
if (i != _usSize - 1)
{
i2c_Ack(); /* 中间字节读完后，CPU产生ACK信号(驱动SDA = 0) */
}
else
{
i2c_NAck(); /* 最后1个字节读完后，CPU产生NACK信号(驱动SDA = 1) */
}
}最终结束。
/* 发送I2C总线停止信号 */
i2c_Stop();
return 1; /* 执行成功 */
cmd_fail: /* 命令执行失败后，切记发送停止信号，避免影响I2C总线上其他设备 */
/* 发送I2C总线停止信号 */
i2c_Stop();可以看到上面所有的代码都是被封装的，且相关代码几乎就是将IO置1或者0，所以不管是切换了芯片还是IO，甚至换了标准与HAL库都非常好解决。