I2C协议与AT24C02学习

亦凉 2022-05-30 07:11 186阅读 0赞

# 目录 #

### 文章目录 ###

*  目录
 *  前言
 *  \`I2C\`协议介绍
 *   *  简介
     *  \`I2C\`物理层
     *  \`I2C\`信号
 *  存储器
 *   *  \`RAM\`存储器
     *  ROM存储器
     *  EEPROM学习
     *  简介
     *  读写过程简述
 *  总结
 *  参考书籍

# 前言 #

需要驱动磁力计，使用的`I2C`总线，所以博主只能拿起正点原子和野火的教程快速开发了。记得以前博主的同学说，面试的时候让他讲出`I2C`还是`SPI`总线的大体过程，那时候还是啃`linux`的东西，心想怎么可能知道，这么复杂！正好博主现在用到`I2C`，以这个方向来学习吧！

# `I2C`协议介绍 #

## 简介 ##

`I2C`通讯协议(`Inter-Intergrated Circuit`)由`Phiilps`公司开发，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路间通讯。`I2C`由数据线`SDA`和时钟线`SCL`构成，可发送和接收数据。

## `I2C`物理层 ##

*  物理层特点：

1.  **支持多个设备的总线**。"总线"指多个设备共用的信号线。在一个`I2C`通讯总线中，可连接多个`I2C`通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。
2.  一个`I2C`总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(`SDA`)，一条串行时钟线(`SCL`)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。
3.  每个连接到总线的设备都有一个**独立的地址**，主机可以利用这个地址进行不同设备间的访问。
4.  总线通过上拉电阻接到电源。当`I2C`设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。
5.  多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。
6.  具有三种传输模式：标准模式传输速率100kbit/s，快速模式为400kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s，但目前大多 I 2 C I^2C I2C设备尚不支持高速模式。
7.  连接到相同总线的IC数量受到总线的最大电容400pF的限制。

## `I2C`信号 ##

IIC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，`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，`SDA`由低电平向高电平跳变，结束传送数据。

!\[0\](https://img-blog.csdn.net/20180325164823583?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbW9uZm9yZnV0dXJl/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70)

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，等待受控信号发出一个应答信号，`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。  
![1][]  
主机和从机通讯时，`SDA`线通信过程如下：

1.  主机`I2C`接口产生传输起始信号，这时连接到`I2C`总线上的所有从机都会接收到这个信号。起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来广播的从机地址信号。在`I2C`总线上，**每个设备的地址都是唯一的**，当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号。根据`I2C`协议，这个从机地址可以是7位或10位。
2.  在地址位之后，是**传输方向的选择位**，该位为0时，表示后面的数据传输方向是由主机传输至从机，即主机向从机写数据；该位为1时，则相反，即主机由从机读数据。
3.  从机接收到匹配的地址后，主机或从机返回一个应答(`ACK`)或非应答(`NACK`)信号，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。
4.  若配置的方向传输为"写数据"方向，广播完地址，接收到应答信号后，主机开始正式向从机传输数据，数据包的大小为8位，主机每发送完一个字节数据，都要等待从机的应答信号(`ACK`)，重复这个过程，可以向从机传输N个数据，这个N没有大小限制。当数据传输结束时，主机向从机发送一个停止传输为(`P`)，表示不再传输数据。
5.  若配置的方向传输为"读数据"方向，广播完地址，接收到应答信号后，从机开始向主机返回数据(`DATA`)，数据包大小也为8位，从机每发送完一个数据，都会等待主机的应答信号(`ACK`)，重复这个过程，可以返回N个数据，这个N也没有大小限制。当主机希望停止接收数据时，就向从机返回一个非应答信号(`NACK`)，则从机自动停止数据传输。
6.  除了基本的读写，`I2C`通讯更常用的是复合格式，该传输过程中有两次起始信号(S)。一般在第一次传输中，主机通过`SLAVE_ADDRESS`寻找从设备后，发送一段"数据"，这段数据通常用于表示从设备内部的寄存器或存储器地址；在第二次的传输中，对该地址的内容进行读或写。也就是，第一次通讯是告诉从机读写地址，第二次是读写的实际内容。

# 存储器 #

存储器是用来存储程序代码和数据的部件，有了存储器计算机才具有记忆功能。存储器按其存储介质特性主要分为"易失性存储器"和"非易失性存储器"两大类。一般易失性存储器存取速度快，而非易失性存储器可长期保存数据。在计算机中易失性存储器最典型的代表是内存，非易失性存储器代表则是硬盘。

## `RAM`存储器 ##

根据`RAM`的存储机制，分为动态随机存储器`DRAM(Dynamic RAM)`以及静态随机存储器`SRAM(Static RAM)`两种。

## ROM存储器 ##

ROM存储器有`MASK ROM`、`OTPROM`、`EPROM`、`EEPROM`以及`Flash`存储器。

## EEPROM学习 ##

在正点原子的《STM32F4开发指南-库函数版本\_V1.1.pdf》中，好像没有介绍有关AT24C02的部分(也可能是博主没有仔细找)。但是在野火的《零死角玩转STM32—F429挑战者.pdf》中有相关的介绍。博主把两者结合起来看，感觉效果很不错。

## 简介 ##

`EEPROM`是一种掉电后数据不丢失的存储器，常用来存储一些配置信息，以便系统重新上电的时候加载之。`EEPROM`芯片最常用的通讯方式是`IIC`协议。  
`EEPROM`(`AT24C02`)的`SCL`及`SDA`引脚连接到`STM32`对应的`I2C`引脚中，构成了`I2C`通讯总线，它们通过`I2C`总线交互。`EEPROM`芯片的设备地址一共有7位，其中高四位固定为：`1010b`，低3位则有`A0/A1/A2`信号线的电平决定，战舰板中`STM32F407`中设置`A0/A1/A2`均为0，所以`AT24C02`的地址为：1010000b，即0x50。由于I2C通讯时常常是地址跟读写方向连在一起构成一个8位数，且当R/W位为0时，表示写方向，所以加上7位地址，其值为"0xA0",常称该值为I2C设备的"写地址"；当R/W位为1时，表示读方向，加上7位地址，其值为"0xA1",常称该值为"读地址"。

!\[2\](https://img-blog.csdn.net/20180325165022502?watermark/2/text/aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbW9uZm9yZnV0dXJl/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70)

`EEPROM`的单字节时序规定，向它写入数据的时候，第一个字节为内存地址，第二个字节是要写入的数据内容。命令、地址的本质都是数据，对数据的解释不同，就有不同的功能。

## 读写过程简述 ##

`STM32F407`读一个字节，先发送`0xA0`，表示读数据；然后发送读地址；最后发送`0xA1`，表示读数据。  
`STM32F407`读一个字节，先发送`0xA0`，表示写数据；然后发送写地址；最后发送要写的数据。

u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)
    {				  
    	u8 temp = 0;		  	    																 
        IIC_Start();  
    	if(EE_TYPE > AT24C16)
    	{
    		IIC_Send_Byte(0XA0);	   		
    		IIC_Wait_Ack();
    		IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);			    
    	}
    	else 
    	{
    		IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1));  
    	}
    		 	   
    	IIC_Wait_Ack(); 
        IIC_Send_Byte(ReadAddr%256);   		
    	IIC_Wait_Ack();	    
    	IIC_Start();  	 	   
    	IIC_Send_Byte(0XA1);           				   
    	IIC_Wait_Ack();	 
        temp = IIC_Read_Byte(0);		   
        IIC_Stop();								   
    	
    	return temp;
    }
    
    void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)
    {				   	  	    																 
        IIC_Start();  
    	if(EE_TYPE>AT24C16)
    	{
    		IIC_Send_Byte(0XA0);	    	
    		IIC_Wait_Ack();
    		IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);	
    	}
    	else 
    	{
    		IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1));  	
    	} 
    	IIC_Wait_Ack();	   
        IIC_Send_Byte(WriteAddr%256);   	
    	IIC_Wait_Ack(); 	 										  		   
    	IIC_Send_Byte(DataToWrite);     							   
    	IIC_Wait_Ack();  		    	   
        IIC_Stop();							
    	delay_ms(10);	 
    }

# 总结 #

博主并没有认真的去把`I2C`控制的方方面面看懂，但是感觉差不多够用了！大概如果把`I2C`的传输数据的过程描述一下其实还是很简单的，当然对应如果用软件去实现`I2C`协议，还是需要细究的。但是`STM32`现在用的不要太广泛，这样的代码也都写好了，可以直接用！所以这也是模块化的好处，节省开发时间，但是对于程序员来说，只要复制粘贴！比如博主就是。这样会失去核心竞争力的，当年纪大了，复制粘贴都没有年轻人快怎么办！

# 参考书籍 #

《STM32F4开发指南-库函数版本\_V1.1.pdf》  
《零死角玩转STM32—F429挑战者.pdf》

[1]: /images/20220530/9be4192a22a64b72bce1b3fbe22b2d8c.png