HAL库STM32常用外设教程（九）—— I2C通信（读写EEPROM）

原创 2024-07-26 09:55:51 2.8w 阅读 AI写同款
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本专栏以HAL库为基础，在正点原子STM32F407探索者开发板上，记录多重单片机的外设、涉及到的HAL库函数、基本例程等内容。

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HAL库函数中的HAL_I2C_Mem_Write /HAL_I2C_Mem_Read中的DevAddress解析 如果是写操作,即使传入的地址是0xA0,也不影响写操作,还是被处理成1010 0001;在HAL库函数中的HAL_I2C_Mem_Write /HAL_I2C_Mem_Read两个函数的作用就是玩IIC设备中写入/读取多个直接的数据,因此我们在定义EEPROM的设备地址时,可以仅定义设备的读地址,也就是 七位IIC地址+1/0;上面的这个是EEPROM设备的写地址和读地址,,一般是这种定义的,但是在野火的HAL案例中。这个是写地址,为什么不定义直接定义写地址和读地址呢? 阅读详情
AI摘要

本文围绕I2C通信展开，介绍了I2C定义、总线结构、通信协议及STM32F407的I2C接口。阐述了I2C的HAL驱动方式及程序，包括初始化、三种数据传输方式。还介绍了EEPROM芯片24C02的接口、通信协议及读写操作，最后给出通过I2C通信读写24C02的示例。

文章目录

前言

一、I2C定义

  I2C(Inter-Integrated Circuit)接口，有时也写作IIC，是一种串行数字总线接口。I2C接口只有两根信号线，总线上可以连接多个设备，硬件实现简单，可拓展性强。I2C通信协议可以通过普通GPIO引脚进行软件模拟。I2C接口主要用于通信速率要求不高，以及多个器件之间通信的应用场景。

1.1 I2C总线结构

  一个器件的I2C接口只有2根信号线，即双向串行数据线SDA和时钟信号线SCL。I2C是一种多设备总线，一根I2C总线上挂载多个设备。例如，STM32F407开发板上的I2C总线通信系统如图1-1所示，它连接了多个I2C器件，从图中可以看出其中一个是EEPROM器件24C02，另一个是加速度计和陀螺仪传感器芯片MPU6050。
在这里插入图片描述

图1-1 MCU通过IIC总线的期间连接的示意图

I2C总线有如下的特点。

  • I2C总线只有两个信号线，SDA是双向串行数据线，SCL是时钟信号线，用于数据收发的同步。
  • I2C总线上可以挂载多个设备，支持多设备连接，允许多主机存在，每个设备都有一个唯一的地址，一般只有一个主设备，多个从设备。MCU一般作为主设备，外围电路作为从设备。在I2C通信协议中，主动发起通信的器件就是主设备，被动进行响应的器件就是从设备。
  • I2C总线上每个设备有一个7位或10位的地址，主设备发起通信时，会首先发送目标设备地址，只有地址对应的设备才会做出响应。
  • I2C总线的两根信号线有上拉电阻。当I2C器件空闲时，其输出接口是高阻态。当所有设备都有空闲时，I2C总线上是高电平。
  • I2C通信有标准模式和快速模式，标准模式传输速率是 100Kbit/s（12.5KB/s），快速模式传输速率为400Kbit/s（50KB/s）。

1.2 I2C总线通信协议

  I2C通信总是由主机启动，每个通信过程由起始信号开始，由停止信号结束。一个数据包有8位，每个数据包有一个应答位（ACK）或非应答位（NACK），例如，主设备向从设备发送1字节数据的时序图，如图1-2所示。
在这里插入图片描述

图1-2 IIC传输1字节的时序图
  • 起始位：当SCL是一个高电平时，SDA的下跳沿就是起始位，是启动一次I2C通信的起始信号。
  • 信号位：当SCL是高电平时，SDA的上跳沿就是停止位，是停止一次I2C通信的结束信号。
  • 数据位：在SCL的一个时钟周期内传输一个数据位，在SCL的一个时钟周期内传输一个数据位，当SCL为低电平时，发送设备更新SDA的电平，当SCL为高电平时，接收设备读取SDA的电平就是一次有效的一位数据。
  • 数据包：I2C数据通信一个数据包总是8位。也就是1字节的数据。
  • 应答信号：在发送完8位数据包后，发送设备在第9个SCL时钟周期采集接收设备的应答设备。若在SCL的第九个周期采集的SDA为低电平，就是应答信号ACK，表示接收设备 正确接收到数据包，并发出应答信号。如果采集的SDA是高电平，就是非应答信号NACK，表示接收设备未正确接收到数据包，或者不希望继续通信，故发出非应答信号。
      在一次I2C通信过程中，可以传输多个字节的数据。主机启动I2C通信后，发送的第一个字节是目标设备地址，后面在发送或接收的数据由具体器件的指令定义决定。I2C通信协议只是定义了基本的数据传输时序，图1-2的通信时序由MCU的硬件I2C接口实现，这就是软件模拟I2C通信时序2，这就是软件模拟I2C接口。

1.3 STM32F407的I2C接口

  STM32F407芯片上有3个硬件I2C接口，记作I2C1、I2C2和I2C3，均支持I2C标准模式和I2C快速模式，还与系统管理总线（System Management Bus,SMBus）2.0兼容。STM32F407上的I2C接口具有如下特性。

  • 同一个I2C接口既可以工作于主模式，又可以工作于从模式。
  • 工作于从模式时，可以设置两个从设备地址，从而对两个从设备地址应答。
  • 使用7位或10位设备地址，还可以进行广播呼叫。
  • 支持不同的通信速率：标准模式传输速率为100kbit/s，快速模式传输速率为400kbit/s。
  • 带DMA功能的1字节缓存。

二、 I2C的HAL驱动方式及程序

  I2C的HAL库驱动程序头文件是stm32xx_hal_i2c.h和stm32xx_gal_i2c_ex.h。I2C的HAL驱动程序包括宏定义、结构体定义、宏定义和函数功能。。I2C的数据传输有阻塞式、中断方式和DMA方式

2.1 I2C接口的初始化

  对I2C接口进行初始化配置的函数是HAL_IC_Init()，其函数原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Init(I2C_HandleTypeDef *hi2c)

  其中，hic2是I2C接口的对象指针，是I2C_HandleTypeDef 结构体类型指针。在CubeMx自动生成的文件i2c.c中，会为启用的I2C接口定义外设对象变量，例如，为I2C接口定义的变量如下：

I2C_HandleTypeDef  hi2c1;     //I2C1接口的外盒对象变量

  结构体I2C_HandleTypeDef 的成员变量主要是HAL程序内部用到的一些定义，只有成员变量Init是需要用户配置的I2C 通信参数，是I2C_HandleTypeDef 结构类型。

2.2 阻塞方式数据传输

  I2C接口的阻塞式数据传输相关函数如表1-1所示。阻塞式数据传输使用方便，且I2C接口的传输速率不高，一般传输数据量也不大。

表2-1 I2C接口的阻塞式数据传输相关函数
函数名功能描述
HAL_I2C_IsDeviceReady()检查某个从设备是否准备好了I2C通信
HAL_I2C_Master_Transmit（）作为主设备向某个地址的从设备发送一定长度的数据
HAL_I2C_Master_Receive（）作为主设备向某个地址的从设备接受一定长度的数据
_HAL_I2C_Slave_Transmit（）开启某个中断事件源，允许事件产生硬件中断
HAL_I2C_Mem_Write（）向某个从设备的指定存储地址开始写入一定长度的数据
HAL_I2C_Mem_Read（）向某个从设备的指定存储地址开始读取一定长度的数据

（1）函数HAL_I2C_IsDeviceReady（）
  函数HAL_I2C_IsDeviceReady（）用于检查I2C网络上一个设备是否做好了I2C通信准备，其函数原型如下：

 HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_IsDeviceReady(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint32_t Trials, uint32_t Timeout);

  其中，hi2c是I2C接口对象指针，DevAddress是从设备地址，Trials是尝试的次数，Timeout是超时等待时间（单位是嘀嗒信号节拍数），当SysTicks定时器频率为默认的1000Hz时，Timeout的单位就是ms。
注：
  一个I2C从设备有两个地址，一个是写操作地址，另一个是读操作地址。例如，开发板上的EEPROM芯片24C02的写操作地址是0xA0，读操作地址是0xA1,也就是在写操作地址上加1。在I2C的HAL库驱动中，传递从设备地址参数时，只需要设置写操作地址，函数内部会根据读写操作类型，自动使用写操作地址或读操作地址。但是在软件模拟I2C接口通信时，必须明确使用相应的地址。

（2）主设备发送和接收数据
  一个I2C总线上有一个主设备，可能有多个设备。主设备和从设备通信时，必须指定从设备地址。I2C主设备发送和接收数据的两个函数的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

  其中，pData是发送或接收数据的缓冲区，Size是缓冲区大小。DevAddress是从设备地址，无论发送还是接收，这个地址都要设置为I2C设备的写操作地址。Timeout为超时等待时间，单位为嘀嗒信号节拍数。
  阻塞式操作函数在数据发送或接收完成后才返回，返回值为HAL_OK时表示传输成功，否则可能是出现错误或超时。
(3)I2C从设备发送和接收数据的两个函数的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Slave_Transmit_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Slave_Receive_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t *pData, uint16_t Size);

  I2C从设备是应答式地响应主设备的传输要求，发送和接收数据的对象总是主设备，所以函数中无需设置目标设备地址。
（4）I2C存储器数据传输
  对于I2C接口的存储器，例如EEPROM芯片24C02，有两个专门的函数用于存储器数据读写。向存储器写入数据的函数是HAL_I2C_Mem_Write()，其原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef 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);

  其中，DevAddress是I2C从设备地址，MemAddress是存储器内部写入数据的起始地址，MemAddSize是存储器内部地址的大小，即8位地址或16位地址。在一些I2C设备中，存储器内部地址可能只需要8位来表示，而在另一些设备中，存储器内部地址可能需要16位来表示，8位地址可以表示256个不同的存储器位置，范围为0x00到0xFF，16位地址可以表示65536个不同的存储器位置，范围为0x0000到0xFFFF。程序中有两个宏定义表示存储器内部地址的大小。

#define I2C_MEMADD_SIZE_8BIT            0x00000001U
#define I2C_MEMADD_SIZE_16BIT           0x00000010U

  参数pData是待写入数据的缓冲区指针，Size是待写入数据的字节数，Timeout是超时等待时间。使用这个函数可以很方便地向I2C接口存储器一次性写入多个字节。
  从存储器读取数据的函数是HAL_I2C_Mem_Read()，其原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

  使用I2C存储器数据传输函数的好处是，可以一次性传递指针和数据，函数会根据存储器的I2C通信协议依次传输地址和数据，而不需要用户自己分解通信过程。

2.3 中断方式数据传输

  一个I2C接口有两个中断号，一个用于事件中断，另一个用于错误中断。HAL_I2C_EV_IRQHandler() 是事件中断ISR中调用处理函数，HAL_I2C_ER_IRQHandler() 是错误中断ISR中调用的通用处理函数。
I2C接口的中断方式数据传输函数，以及各个传输函数关联的回调函数如表2-2所示。

表2-2 I2C接口的中断方式数据传输函数以及关联的回调函数
函数名函数功能描述关联的回调函数
HAL_I2C_Master_Transmit_IT（）主设备向某个地址的从设备发送一定长度的数据小HAL_I2C_MasterTxCpltCallback（）
HAL_I2C_Master_Receive_IT（）主设备从某个地址的从设备接收一定长度的数据HAL_I2C_MasterRxCpltCallback（）
HAL_I2C_Master_Abort_IT（）主设备主动中止中断传输过程HAL_I2C_AbortCpltCallback（）
HAL_I2C_Slave_Receive_IT（）作为从设备接收一定长度的数据HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback（）
HAL_I2C_Slave_Transmit_IT（）作为从设备发送一定长度的数据HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback（）
HAL_I2C_Mem_Write_IT（）向某个从设备的指定存储地址开始写入一定长度的数据HAL_I2C_MemTxCpltCallback（）
HAL_I2C_Mem_Read_IT从某个从设备的指定存储地址开始读一定长度的数据HAL_I2C_MemRxCpltCallback（）
所有中断方式传输函数中断方式传输过程出现错误HAL_I2C_ErrorCallback（）

  中断方式数据传输函数的参数定义与对应的阻塞式传输函数类似，只是没有超时等待时间Timeout。例如，以中断方式读写I2C接口存储的两个函数的原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Seq_Transmit_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t XferOptions);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Seq_Receive_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t XferOptions);

  中断方式数据传输是非阻塞式的，函数返回HAL_OK只是表示函数操作成功，并不表示数据传输完成，只有相关的回调函数被调用时，才表示数据传输完成。

2.4 DMA方式数据传输

  一个I2C接口有I2C_TX和I2C_RX两个DMA请求，可以为DMA请求配置DMA流，从而进行DMA方式数据传输。I2C接口的 DMA方式数据书传输函数，以及DMA流发生传输完成事件（DMA_IT_TC）中断时的回调函数如表2-3 所示。

表2-3 I2C接口的DMA方式数据传输函数以及关联的回调函数
函数名函数功能描述关联的回调函数
HAL_I2C_Master_Transmit_DMA（）主设备向某个地址从设备发送一定长度的数据HAL_I2C_MasterTxCpltCallback（）
HAL_I2C_Master_Receive_DMA（）主设备从某个地址的从设备接收一定长度的数据HAL_I2C_MasterRxCpltCallback（）
HAL_I2C_Slave_Receive_DMA（）作为从设备接收一定长度的数据HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback（）
HAL_I2C_Slave_Transmit_DMA（）作为从设备发送一定长度的数据HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback（）
HAL_I2C_Mem_Write_DMA（）向某个从设备的指定存储地址开始写入一定长度的数据HAL_I2C_MemTxCpltCallback（）
HAL_I2C_Mem_Read_DMA从某个从设备的指定存储地址开始读一定长度的数据HAL_I2C_MemRxCpltCallback（）

  DMA传输函数的参数形式与中断方式传输函数的参数形式相同，例如，以DMA方式读写I2C接口存储器的两个函数原型定义如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size);

  DMA传输是非阻塞式传输，函数返回HAL_OK时只表示函数操作完成，并不表示数据传输完成。DMA传输过程中由DMA 流产生中断事件，DMA流的中断函数指针指向I2C驱动程序中定义的一些回调函数。I2C的HAL驱动程序中并没有DMA传输半完成中断事件设计和关联回调函数。

三、EEPROM芯片 24C02

3.1 接口和通信协议

  开发板上有一个I2C接口的EEPROM芯片24C02，24C02存储容量为256字节，2K bit，它的电路连接如图3-1所示。其SDA和SCL引脚连接STM32F407芯片的I2C1接口，使用引脚PB9和PB8。WP是写保护引脚，WP接地时，对24C02芯片可读可写。
在这里插入图片描述

图 3-1 24C02引脚图

在这里插入图片描述

图 3-2 24C02开发板电路图

  上图中有一个 WP，这个是写保护引脚，接高电平只读，接地允许读和写，从开发板电路图中可以得出该引脚接地，可以进行读和写操作。
  每一个设备都有自己的设备地址， 24C02 也不例外，其设备地址格式如图 3-3所示，从图中可以看出，24C02 的设备地址是包括不可编程部分（1010）和可编程部分（A2 A1 A0），可编程部分是根据上图的硬件引脚 A0、 A1 和 A2 所决定 。通过图3-2的电路图可以得出， A0、 A1 和 A2 均接地处理，所以 24C02 设备的读操作地址为： 0xA1（二进制为1010 0001）；写操作地址为： 0xA0（二进制为1010 0000）。
  设备地址最后一位(R/W)用于设置数据的传输方向，即读操作/写操作， 0 是写操作， 1 是读操作 设备地址最后一位(R/W)用于设置数据的传输方向，即读操作/写操作， 0 是写操作， 1 是读操作，具体格式如下图3-3所示：

在这里插入图片描述

图 3-3 设备地址格式

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图3-3 读操作地址0xA1

  24C02的I2C设备地址组成如图3-2图所示，A2、A1、A0由芯片的引脚A2、A1、A0的电平决定，图3-1中这三个引脚都接地，所以都是0。最低位R/W是读写标志位时读写标志位，当主设备对24C02进行写操作时，R/W为0，进行读操作时，R/W为1。所以，24C02的写操作地址为0xA0，读操作地址为0xA1。HAL驱动程序函数中需要传递I2C从设备的地址时，都使用写操作地址。
  24C02的读写操作比较简单，存储空间可反复读写。以下是几种主要的读写操作定义。

3.1.1 写操作

  下面介绍一下 IIC 的基本的读写通讯过程，包括主机写数据到从机 （写操作），主机到从机读取数据（读操作）。下面先看一下写操作通讯过程图。
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图3-4 写操作通讯过程图

  主机首先在 IIC 总线上发送起始信号，那么这时总线上的从机都会等待接收由主机发出的数据。主机接着发送从机地址+0(写操作)组成的 8bit 数据，所有从机接收到该 8bit 数据后，自行检验是否是自己的设备的地址，假如是自己的设备地址，那么从机就会发出应答信号。主机在总线上接收到有应答信号后，才能继续向从机发送数据。
注意： IIC 总线上传送的数据信号是广义的，既包括地址信号，又包括真正的数据信号。

3.1.2 读操作

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图3-5 写操作通讯过程图

  主机向从机读取数据的操作，一开始的操作与写操作有点相似，观察两个图也可以发现，都是由主机发出起始信号，接着发送从机地址+1(读操作)组成的 8bit 数据，从机接收到数据验证是否是自身的地址。 那么在验证是自己的设备地址后，从机就会发出应答信号，并向主机返回 8bit 数据，发送完之后从机就会等待主机的应答信号。假如主机一直返回应答信号，那么从机可以一直发送数据，也就是图中的（n byte + 应答信号）情况，直到主机发出非应答信号，从机才会停止发送数据。

3.2 写一个字节数据

  MCU向24C02写入1字节数据的SDA传输内容的顺序如图所示。操作的顺序如下。

  • 主机发送起始信号，然后主机在 IIC 总线发送第 1 个字节的数据为 24C02
    的设备地址 0xA0，用于寻找总线上找到 24C02。
  • 在获得24C02应答ACK应答信号后，主机再发送8位字地址，这是24C02内部存储单元的地址。8位地址的范围是0~255，也就是24C02内256字节存储单元的地址。
  • 再等到24C02应答信号ACK后，主机再发送需要写入的1字节的数据，这里的数据即是写入在第 2 字节内存地址的数据。
  • 从机接收完数据后，应答ACK，主机发停止信号结束传输。

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图3-6 写1个字节数据的SDA传输内容和顺序

3.3 连续写多字节数据

  上面的写操作只能单字节写入到 24C02，效率比较低，所以 24C02 有页写入时序，大大提高了写入效率。24C02内部存储区域划分，每页8字节，所以256字节的存储单元为32页，页的起始地址是8*N，其中N = 0,1,…,31。
  用户可以在一次I2C通信过程（一个起始信号与一个停止信号限定的通信过程）中向24C02连续写入多个字节的数据，SDA传输内容和顺序如图3-7所示。在单字节写时序时，每次写入数据时都需要先写入设备的内存地址才能实现，在页写时序中，只需要告诉 24C02 第一个内存地址 1，后面数据会按照顺序写入到内存地址 2，内存地址 3等，大大节省了通信时间，提高了时效性。图3-7中的n是数据存储的起始地址，存储的数据字节数为1+x，但是要注意，连续写入的数据的存储位置不超过页的边界，否则，将自动从这页的开始位置继续存储。

在这里插入图片描述

图3-7 24C02连续写入多个字节数据的SDA传输内容和顺序

  所以，在连续写数据时，如果数据起始地址在页的起始位置，则一次最多可写入8个字节的数据，当然，数据存储起始地址也可以不在页的起始位置，这时要注意，一次写入的数据不要超过页的边界。

3.4 读1字节数据

  用户可以从24C02的任何一个存储位置读取1字节的数据，读取1字节数据时，SDA传输的内容和顺序如图3-8 所示。
  24C02 读取数据的过程是一个复合的时序，其中包含写时序和读时序。先看第一个通信过程，这里是写时序，起始信号产生后，主机发送 24C02 设备地址 0xA0，获取从机应答信号后，接着发送需要读取的内存地址；在读时序中，起始信号产生后，主机发送 24C02 设备地址 0xA1，获取从机应答信号后，接着从机返回刚刚在写时序中内存地址的数据，以字节为单位传输在总线上，假如主机获取数据后返回的是应答信号，那么从机会一直传输数据，当主机发出的是非应答信号并以停止信号发出为结束，从机就会结束传输。

在这里插入图片描述

图3-8 读1个字节数据的SDA传输内容和顺序

3.5 连续读多字节数据

  用户可以从24C02一次性连续读取多字节的数据，且读取数据时不受页边界的影响，也就是读取数据的长度可以超过8个字节。连续读多个字节数据的SDA传输内容和顺存如图 所示。主设备先进行一次写操作，写入需要读取的存储单元的地址，然后再进行一次读操作，连续读取多字节，存储器内部将自动移动存储位置，且存储位置不受页边界的影响。
  在使用I2C的HAL库驱动函数进行24C02的数据读写时，图 的传输时序是由I2C硬件接口完成的，用户不需要这些时序。但如果是软件模拟I2C接口取读写24C02，则需要严格按照这些时序一个位一个位的操作。

四、示例：通过I2C通信 读写24C02

4.1 STM32CubeMx设置

  在CubeMx里面设置I2C1的模式和参数，设置界面如图4-1所示。在模式设置里中，设置接口类型为I2C。还有SMBus的选项，SMbus一般用于智能电池管理。
在这里插入图片描述

图4-1 I2C1的模式和参数设置

I2C1的参数设置分为2组，各组参数的意义和设置内容描述如下。
（1）Master Features组，主设备参数。
①I2C Speed Mode，速度模式。可选标准模式（Standard Mode）或快速模式（Fast Mode）。
②I2C Clock Speed（Hz）,I2C时钟速度。标准模式下最大值为100kHz，快速模式下最大值为400kHz。
③Fast Mode Duty Cycle，快速模式占空比。选择快速模式后这个参数会出现，用于设置时钟信号的占空比，是一个周期内低电平与高电平的时间比，有2:1和16:9两种选项。本示例中，速度模式选择到标准模式，所以图4-1中没有这个参数。
（2）Slave Features组，从设备参数。
①Clock No Stretch Mode，禁止时钟延长。设置为Disable表示允许时钟延长。
②Primary Address Length selection，设备主地址长度。可选7-bit或10-bit,这里选择7-bit。
③Dual Address Acknowledge,双地址确认。从设备可以有两个地址，如果设置为Enabled，还会出现一个Secondary slave address参数，用于设置从设备副地址。
④General Call address detection，广播呼叫检测。设置为Disable表示禁止广播呼叫，不对地址0x00应答；否则，就是允许广播呼叫，对地址0x00应答。
  设置I2C的模式为I2C时，CubeMx自动分配的引脚可能是PB6和PB7，而不是开发板上实际用的PB8和PB9，这是因为一个外设有多组复合引脚。在引脚视图上直接将PB8为I2C_SCL，将PB9设置为I2C_SDA，PB6和PB7的设置就会自动取消。I2C1的GPIO引脚设置如图4-2所示，自动设置为复用功能开漏，并且有上拉。
  在开发板上，STM32F407是I2C主设备，所以无须设置从设备地址。24C02是I2C从设备，其从设备地址是0xA0。
  I2C的中断事件主要是表示传输过程中和错误的一些事件，由于I2C通信时一种应答式通信，与其他外设的轮询式操作类似，本示例不开启I2C1的中断。I2C也具有DMA功能，当时24C02操作的数据量小，没有使用DMA的必要。

4.2 程序设计

  在CubeMx里完成设置后生成代码，我们在Keil里面打开项目。
(1)先通过CubeMx自动生成的部分函数进一步谅解CubeMx的配置.
  在i2c.c文件中，函数MX_I2C1_Init()用于I2C1接口的初始化，如图4-2所示，MX_I2C1_Init()对hi2c1的各个成员变量赋值，各赋值语句与CubeMx里的配置是对应的。完成hic1的赋值后，执行HAL_I2C_Init()对I2C1接口进行初始化。HAL_I2C_MspInit()函数的是I2C接口的MSP初始化函数，在函数HAL_I2C_MspInit()里面被调用。函数HAL_I2C_MspInit() 的主要功能是对I2C1接口的复用引脚PB8和PB9进行GPIO引脚配置，如图4-3。
在这里插入图片描述

图4-2 I2C1的初始化设置① 在这里插入图片描述

图4-3 I2C1的初始化设置②

注：
  本示例是通过按键去触发相应的函数，再通过执行函数实现与EEPROM芯片24C02之间的读写操作，按键的实现过程已将在《HAL库STM32常用外设教程（二）—— GPIO输入\输出》中讲述（主要是keyled.c和keyled.h），如果又兴趣可以去了解一下，也可以直接下载其中的源码工程，在源码的基础上实现本章的项目。从另一个角度讲，如果不用按键的话同样是可以的，甚至在main函数的While循环里面直接通过延时去不断的循环这几个函数也是可以的，重点是明白其中读写EEPROM的过程是如何实现的 以及是如何通过I2C通信进行读写的。

（2）在本章的源码里面提供了两个文件，24xx.c和24cxx.h，这两个文件是24C02的驱动程序，是根据24C02的指令定义，实现器件具体功能操作的一系列函数。将这两个文件添加到本次项目的工程中，后面需要自己编写的几个函数都是调用的其提供的函数。具体要求及实现的功能如下：
  程序调用函数EP24C_IsDeviceReady()函数检查24C02器件是否正常，然后显示了一个菜单，菜单内容如下：

Divice id ready
[1]KeyUp=Write a number
[2]Key0=Read the number
[3]Key1=Write a Sting
[4]Key2=Read the string

在While循环里面检测按键输入，根据按下的按键执行相应的响应代码。

  • 按下KEY_UP键时，调用函数 EP24C_WriteOneByte() 向一个地址写入1字节的数据。
  • 按下KEY0键时，调用函数 EP24C_ReadOneByte() 从同一个地址读出数据，以检验写入和读出的是否一致。
  • 按下KEY1时，调用函数 EP24C_WriteLongData() 从Page2起始地址开始写入一个长字符串，字符串又结束字符‘\0’，函数内部会将长数据分解为多个页后分批写入。
  • 按下KEY2时 P24C_ReadBytes() 从Page2起始地址读取50个字节。

注：为了方便观察，本实例中加入了对灯的控制，即在按键按下时对应的灯的状态会发生变化。
①
在这里插入图片描述

	if(EP24C_IsDeviceReady()	== HAL_OK){
		printf("Divice id ready\n");
	}
	printf("[1]KeyUp=Write a number\n[2]Key0=Read the number\n[3]Key1=Write a Sting\n[4]Key2=Read the string");

②
在这里插入图片描述

下面将整个while(1)循环复制下来以便参考：

  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
		uint16_t addr_any = 4;
		uint8_t num1 =107,num2;
		uint16_t addr_page = 2*8;
		 KEYS curKey=ScanPressedKey(KEY_WAIT_ALWAYS);

	  switch(curKey)
	  {
	  case KEY0:
		  LED0_Toggle();																		/* 切换LED0的状态 */
			if(EP24C_ReadOneByte(addr_any,&num2) == HAL_OK){	/* 从EE2PROM读取一个字节到num2,如果读取成功，返回HAL_OK */
				printf("Read %d at Arrress %d\n",num2,addr_any);
			}
		  break;

	  case KEY2:
		LED1_Toggle();																			/* 翻转LED1的状态 */
		uint8_t strOut[50];																	/* 因为case是标签，C语言中标签的下一句不能是定义变量的表达式，所以放在翻转灯后面 */
		if(EP24C_ReadBytes(addr_page,strOut,sizeof(strOut)) == HAL_OK){/* 从Page2起始地址读取50个字节 */
				printf("Read string from Page2 = %s\n",strOut);
			}
		break;

	  case KEY_UP:
		  LED0_Toggle();																	/* 翻转LED0的状态 */
		  LED1_Toggle();																	/* 翻转LED1的状态 */
			if(EP24C_WriteOneByte(addr_any,num1) == HAL_OK){/* 从EE2PROM写入一个字节到num1,如果写入成功，返回HAL_OK */
				printf("write %d at Arrress %d\n",num1,addr_any);
			}
		break;

	  case KEY1:
		{
		uint8_t strIn[50] = "University of CHAIN";      
		Buzzer_Toggle();																			/* 翻转蜂鸣器的状态 */
		if(EP24C_WriteLongData(addr_page,strIn,sizeof(strIn)) == HAL_OK){/* 从Page2起始地址开始写入2一个长字符串 */
				printf("Write string from Page2 %s\n",strIn);
			}
		}
		default:
			break;
	  }
  }
  /* USER CODE END 3 */
}  /* USER CODE BEGIN WHILE */

（3）因为上述需要用到串口，添加代码时需要注意要实现串口的重定向。

在这里插入图片描述
代码如下（示例）：

/* 串口重定向 */
int fputc(int ch, FILE*f)
	{
		while (!(USART1->SR & (1 << 7)));
		USART1->DR = ch;
		return ch;
	}

4.2示例结果

  将上面的程序下载到下载板中，按下按键，在串口中进行显示，图4-4显示的是开发板的按键，图4-5是通过串口打印出来的信息，需要注意的是，由于开发板上的按钮没有进行消抖处理，所以每一次按下显示出来的次数可能有多次。
请添加图片描述

图4-4 开发板按键

在这里插入图片描述

图4-5 开发板按键

五、总结

  本文讲解了I2C的基础知识，其中涉及了I2C的通信原理、HAL库驱动程序、I2C的三种发送模式（轮询（阻塞）、中断、DMA）。然后又介绍了通过I2C通信方式的EEPROM芯片24C02，包括该芯片的 的读写等规则，然后通过一个示例 来讲解通过I2C方式读写24C02芯片得到内容。

项目源码：HAL库STM32常用外设教程（九）—— I2C通信（读写EEPROM）
参考书籍：
《STM32Cube高效开发教程（基础篇）》王维波
《STM32F4xx中文参考手册》
《STM32F407 探索者开发指南》

  无人问津也好，技不如人也罢。你都要试着安静下来，去做自己该做的事，而不是让内心烦躁，焦虑，毁掉你本就不多的热情和定力。昨日之深渊，今日之浅谈。路随远，行则将至。事随难，做则可成。

——《人民日报》

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