【STM32CubeMX+HAL库】I2C详解+读写EEPROM

最新推荐文章于 2025-05-06 16:16:04 发布

4399电竞选手2号

最新推荐文章于 2025-05-06 16:16:04 发布

阅读量1.2w

点赞数 20

分类专栏： stm32 嵌入式文章标签： stm32 单片机

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/2201_75394507/article/details/128712985

版权

stm32 同时被 2 个专栏收录

3 篇文章

订阅专栏

嵌入式

2 篇文章

订阅专栏

在之前的标准库中，STM32的硬件IIC非常复杂，更重要的是它并不稳定，所以都不推荐使用。但是在我们的HAL库中，对硬件IIC做了全新的优化，使得之前软件IIC几百行代码，在HAL库中，只需要寥寥几行就可以完成那么这篇文章将带你去感受下它的优异之处。

本文将详细地讲解I2C协议，并基于I2C
来读写EEPROM模块以达到练习的目的

通过本篇博客您将学到：

I2C的基本原理
STM32CubeMX创建I2C例程
I2C函数库（HAL）
AT24C256芯片原理及读写方法

I2C简介

IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由NXP（原PHILIPS）公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。多用于主控制器和从器件间的主从通信。

I2C特性

半双工
没有严格的波特率要求
小数据量场合使用
传输距离短、传输速率不如SPI
任何时刻只能有一个主机，但任何设备都可成为主机
只需要两条总线——SDA与SCL

IIC一共有只有两个总线：一条是双向的数据线ＳＤＡ，一条是串行时钟线ＳＣＬ

所有接到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。I2C总线上的每一个设备都对应一个唯一的地址。

I2C起始信号与终止信号（代码段为软件I2C）

1、起始信号：SCL为高电平时，SDA由高->低

void I2C_Start()
{
SDA=1;               //确保SDA为高电平
HAL_Delay(1);
SCL=1;               //确保SCL为高电平
HAL_Delay(1);
SDA=0;              //SCL为高时拉低SDA线
HAL_Delay(1);
SCL=0;              //钳住I2C总线，准备数据的发送与接收
}

2、终止信号：SCL为高电平时，SDA由低->高

void I2C_Stop()
{
SCL=0;            
SDA=0;
HAL_Delay(1);
SCL=1;             //确保SCL为高电平
HAL_Delay(1);
SDA=1;            //SCL为高时拉高SDA
}

I2C应答信号与非应答信号（代码段为软件I2C）

每当主机向从机发送完一个字节的数据，主机总是需要等待从机给出一个应答信号，以确认从机是否成功接收到了数据。

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。

1、应答信号‘0’：SCL高时SDA低

void I2C_Ack()        //产生应答信号
{
SCL=0;
SDA=0;
HAL_Delay(1);
SCL=1;             //确保SCL为高时SDA为低
HAL_Delay(1);
SCL=0;
}

2、非应答信号‘1’：SCL高时SDA高

void I2C_NAck()     //不产生应答信号
{
SCL=0;
SDA=1;
HAL_Delay(1);
SCL=1;             //SCL高时SDA高
HAL_Delay(1);
SCL=0;
}

I2C数据有效性

I2C信号在进行数据传输时，当SCL=1高电平时，数据线SDA必须保持稳定状态，不允许有电平跳变，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。

SCL=1时数据线SDA的任何电平变换会看做是总线的起始信号或者停止信号。也就是在IIC传输数据的过程中，SCL时钟线会频繁的转换电平，以保证数据的传输

接着我们介绍一下基于AT24C256的I2C通信

AT24C256芯片手册如下：

描述：

AT24C256是提供131072/262144位串行电可擦除可编程只读存储器（EEPROM），该设备最多允许4个设备共享一条公共的双线总线。

特征：

低电压和标准电压操作-2.7V（Vcc=2.7V至5.5V）（一般选择3.3V）
双线串行接口
施密特触发器，用于噪声抑制的滤波输入
双向数据传输协议
400kHz兼容性
硬件和软件的写保护引脚
64字节页写入模式（允许部分页写入）
自定时写入周期
高可靠性（数据保留：40年）

A0，A1，A2：硬件地址引脚
WP：写保护引脚，接高电平只读，接地允许读和写

芯片的寻址：

AT24C设备地址为如下，前四位固定为1010，A2~A0为由管脚电平。AT24CXX EEPROM Board模块中默认为接地。所以A2~A0默认为000，最后一位表示读写操作。所以AT24Cxx的读地址为0xA1,写地址为0xA0。

也就是说如果是\写24C02的时候，从器件地址为10100000（0xA0）；读24C02的时候，从器件地址为10100001（0xA1）。

注意：

在写数据的过程中，每成功写入一个字节，E2PROM存储空间的地址就会自动加1，当加到0xFF后，再写一个字节，地址就会溢出又变成0x00。
当我们在写多个字节时，写入一个字节之后，再写入下一个字节之前，必须延时5ms才可以

STM32CubeMX创建I2C例程（作者使用的是STM32f4ccu6）

1、设置RCC时钟

2、配置I2C

Master features 主模式特性
I2C Speed Mode： IIC模式设置快速模式和标准模式。实际上也就是速率的选择。I2C Clock Speed：I2C传输速率，默认为100KHz
Slave features 从模式特性
Clock No Stretch Mode：时钟没有扩展模式
IIC时钟拉伸(Clock stretching) - -clock stretching通过将SCL线拉低来暂停一个传输.直到释放SCL线为高电平,传输才继续进行.clock stretching是可选的,实际上大多数从设备不包括SCL驱动,所以它们不能stretch时钟.
Primary Address Length selection：从设备地址长度设置从设备的地址是7bit还是10bit 大部分为7bit
Dual Address Acknowledged：双地址确认
Primary slave address：从设备初始地址

3、配置串口

这里配置串口是为了读EEPROM并打印出来。

4、时钟树配置

5、项目文件配置

设置项目名称
设置项目路径（不能包含中文）
选择IDE（作者用的是keil5）

复制所用的.c和.h文件
不同功能生成独立的.c和.h文件

6、生成代码

7、配置下载工具

8、重写printf函数

重写printf函数能更方便与上位机通信，方法参考printf重写

I2C函数库（HAL）

在I2C.c文件中可以看到I2C初始化函数。在stm32f1xx_hal_i2c.h头文件中可以看到I2C的操作函数。分别对应轮询，中断和DMA三种控制方式

这里我们简单介绍一下等下用到的函数

HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

功能： IIC写多个数据该函数适用于IIC外设里面还有子地址寄存器的设备，比方说E2PROM,除了设备地址，每个存储字节都有其对应的地址

I2C_HandleTypeDef *hi2c i2c句柄，例如上文配置的&hi2c1，实际上是一个结构体
uint16_t DevAddress 从机设备地址，对AT24Cxx来说，0xA0代表写数据，0xA1代表读数据
uint16_t MemAddress 从机寄存器地址，每写入一个字节的数据，地址自动+1
uint16_t MemAddSize 从机寄存器地址长度，8bit和16bit可选
uint8_t *pData 发送数据的起始地址
uint16_t Size 传输数据的大小
uint32_t Timeout 传输超时时间

读写AT24C256

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
#define AT24C256_Write 0xA0
#define AT24C256_Read 0xA1
#define BufferSize 64
/* USER CODE END PD */

宏定义，增加了程序的可读性

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t w[BufferSize],r[BufferSize];
uint16_t i,j;
/* USER CODE END PV */

定义接收与发送数组

 /* USER CODE BEGIN 2 */
for(i=0;i<64;i++)
{
	w[i]=i;
}
printf("I2C Example Test\n");
//for( j=0;j<16;j++)
//{
	if(HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,AT24C256_Write,0,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,w,64,10000)==HAL_OK)
	{
		printf("EEPROM AT24C256 Write Test OK\n");
		HAL_Delay(100);
	}
	else
	{
		printf("EEPROM AT24C256 Write Test False");
		HAL_Delay(50);
	}
//}
HAL_Delay(100);
HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1,AT24C256_Read,0,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,r,BufferSize,10000);
for(i=0;i<64;i++)
{
	HAL_Delay(10);
	printf("0x%02X  ",r[i]);
}
  /* USER CODE END 2 */

64字节一次性写入

或

 /* USER CODE BEGIN 2 */
for(i=0;i<64;i++)
{
	w[i]=i;
}
printf("I2C Example Test\n");
for( j=0;j<16;j++)
{
	if(HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,AT24C256_Write,0+16*j,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,w+16*j,16,10000)==HAL_OK)
	{
		printf("EEPROM AT24C256 Write Test OK\n");
		HAL_Delay(100);
	}
	else
	{
		printf("EEPROM AT24C256 Write Test False");
		HAL_Delay(50);
	}
}
HAL_Delay(100);
HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1,AT24C256_Read,0,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,r,BufferSize,10000);
for(i=0;i<64;i++)
{
	HAL_Delay(10);
	printf("0x%02X  ",r[i]);
}
  /* USER CODE END 2 */

分批次写入

单片机烧录，运行