STM32CubeMX学习笔记13 ---IIC总线-编程知识

1、IIC 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，在小数据量场合使用，传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。

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。

PS：这里要注意IIC是为了与低速设备通信而发明的，所以IIC的传输速率比不上SPI

IIC的物理层
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。

关于IIC的讲解，已经单独整理了一篇文章：

《IIC原理超详细讲解---值得一看-CSDN博客》。
如果对IIC还不是太了解的朋友请移步到这篇文章中

IIC起始信号和终止信号：

起始信号：SCL保持高电平，SDA由高电平变为低电平后，延时(>4.7us)，SCL变为低电平。
停止信号：SCL保持高电平。SDA由低电平变为高电平。

数据有效性
IIC信号在数据传输过程中，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

应答信号
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：主机SCL拉高，读取从机SDA的电平，为低电平表示产生应答

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。

每发送一个字节（8个bit）在一个字节传输的8个时钟后的第九个时钟期间，接收器接收数据后必须回一个ACK应答信号给发送器，这样才能进行数据传输。

应答出现在每一次主机完成8个数据位传输后紧跟着的时钟周期，低电平0表示应答，1表示非应答，

1.2 AT24C02芯片介绍

AT24C02是一个2K位串行CMOS，内部含有256个字节，此芯片具有I2C通讯接口，芯片内保存的数据在掉电的情况下不丢失（EEPROM），常用于存放比较重要的数据。本实验使用的是SOP-8封装的AT24C02芯片，其引脚说明见下图

AT24C02芯片的器件地址为7位，高4位固定为1010，低3位有上表中的A0/A1/A2引脚的电平决定，还有一位（最低位R/W）用来选择读写方向。本实验中A0/A1/A2引脚接在GND上了，因此器件地址为1010000；加上最低位的读写方向位后，写器件地址为10100000（0xA0），读器件地址为10100001（0xA1）

下图为AT24C02的总线时序图和时间参数

2、硬件设计

LED2指示灯用来提示系统运行状态，s1按键用来控制24C02的数据写入，S2按键用来控制24C02的数据读取，数据的写入与读取信息通过串口1打印出来

LED2指示灯
S1和S2按键
USART1
AT24C02

3、STM32CubeMX设置

RCC设置外接HSE，时钟设置为72M
PE5设置为GPIO推挽输出模式、上拉、高速、默认输出电平为高电平
USART1选择为异步通讯方式，波特率设置为115200Bits/s，传输数据长度为8Bit，无奇偶校验，1位停止位
PE3，PE4设置为GPIO输入模式、上拉模式
激活I2C2，选择标准传输模式，选择7位寻址地址，其余默认设置

输入工程名，选择工程路径（不要有中文），选择MDK-ARM V5；勾选Generated periphera initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per IP ；点击GENERATE CODE，生成工程代码

4、程序编程

在i2c.c文件中可以看到IIC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
上面的函数看起来多，但是只是发送和接收的方式改变了，函数的参数和本质功能并没有改变
比方说IIC发送函数还是发送函数，只不过有普通发送，DMA传输，中断的几种发送模式

这里我们仅介绍下普通发送，其他的只是改下函数名即可

IIC写函数（单个字节写入）

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

功能：IIC写一个字节数据
参数：

*hi2c 设置使用的是那个IIC 例：&hi2c2
DevAddress 写入的地址设置写入数据的地址例 0xA0
*pData 需要写入的数据
Size 要发送的字节数
Timeout 最大传输时间，超过传输时间将自动退出传输函数

举例：

HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1,0xA0,(uint8_t*)TxData,2,1000) ；//发送两个字节数据

IIC读函数（单个字节读取）

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

功能：IIC读一个字节数据
参数：

*hi2c：设置使用的是那个IIC 例：&hi2c2
DevAddress：写入的地址设置写入数据的地址例 0xA0
*pDat：a 存储读取到的数据
Size：发送的字节数
Timeout：最大读取时间，超过时间将自动退出读取函数

举例：

HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1,0xA1,(uint8_t*)TxData,2,1000) ；//读取两个字节数据

IIC写数据函数（多字节写入）


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);
/* 第1个参数为I2C操作句柄第2个参数为从机设备地址第3个参数为从机寄存器地址第4个参数为从机寄存器地址长度第5个参数为发送的数据的起始地址第6个参数为传输数据的大小第7个参数为操作超时时间 　　*/

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

参数：

*hi2c： I2C设备号指针，设置使用的是那个IIC 例：&hi2c2
DevAddress：从设备地址从设备的IIC地址例E2PROM的设备地址 0xA0
MemAddress：从机寄存器地址，每写入一个字节数据，地址就会自动+1
MemAddSize：从机寄存器地址字节长度 8位或16位

写入数据的字节类型 8位还是16位
I2C_MEMADD_SIZE_8BIT
I2C_MEMADD_SIZE_16BIT
在stm32f1xx_hal_i2c.h中有定义

*pData：需要写入的的数据的起始地址
Size：传输数据的大小多少个字节
Timeout：最大读取时间，超过时间将自动退出函数

使用HAL_I2C_Mem_Write等于先使用HAL_I2C_Master_Transmit传输第一个寄存器地址，再用HAL_I2C_Master_Transmit传输写入第一个寄存器的数据。可以传输多个数据

在传输过程，寄存器地址和源数据地址是会自加的。

至于读函数也是如此，因此用HAL_I2C_Mem_Write和HAL_I2C_Mem_Read，来写读指定设备的指定寄存器数据是十分方便的，让设计过程省了好多步骤。

举例：

8位：

HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, ADDR, i, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&(I2C_Buffer_Write[i]),8, 1000);HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2, ADDR, i, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&(I2C_Buffer_Write[i]),8, 1000);

16位：

HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, ADDR, i, I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,&(I2C_Buffer_Write[i]),8, 1000);HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2, ADDR, i, I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,&(I2C_Buffer_Write[i]),8, 1000);

添加key.h和key.c文件，具体可看STM32CubeMX学习笔记2-按键检测_uint8_t key_scan(uint8_t mode)-CSDN博客
添加AT24C02驱动文件24cxx.c和24cxx.h

#ifndef __24cxx_h__
#define  __24cxx_h__#include "usart.h"//AT24C02 写地址和读地址
#define ADDR_24CXX_WRITE 0XA0
#define ADDR_24CXX_READ  0XA1void AT24CXX_Init(void);
uint8_t AT24CXX_Check(void);#endif

#include "24cxx.h"
#include "i2c.h"void AT24CXX_Init(void){MX_I2C2_Init(); //IIC初始化while(AT24CXX_Check()){  //检测AT24C02printf1("AT24C02 Checked Failed!\r\n");HAL_Delay(500);}printf1("AT24C02 Checked Sucessed!\r\n");
}//该函数仅做AT24C02的检测，检测AT24C02是否正常使用。
uint8_t AT24CXX_Check(void){uint8_t temp;HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);                if(temp==0x36)  return 0;          else{uint8_t data = 0x36;HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,ADDR_24CXX_WRITE,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&data,1,0xff);HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,255,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&temp,1,0xff);   if(temp==0x36)  return 0;}return 1;                                             
}

注意事项：

AT24C02的IIC每次写之后要延时一段时间才能继续写每次写之后要delay 5ms左右不管硬件IIC采用何种形式（DMA，IT），都要确保两次写入的间隔大于5ms;
读写函数最后一个超时调整为1000以上因为我们一次写8个字节，延时要久一点
AT24C02页写入只支持8个byte，所以需要分32次写入。这不是HAL库的bug，而是AT24C02的限制，其他的EEPROM可以支持更多byte的写入。

在main.c文件下编写IIC测试代码

AT24C02的2Kbit分为32页，每页8个字节。而EEPROM也可以按页写入，本例使用了按页写入的方式，分32次写入。注意每次写入完毕需要延时5ms，是AT24C02芯片的要求；读取数据没有页的限制，可以一次全部读取256个字节

/* USER CODE BEGIN PV */
#define ADDR_24CXX_WRITE 0XA0
#define ADDR_24CXX_READ  0XA1
uint8_t WriteBuf[256];
uint8_t ReadBuf[256];
uint16_t i,j;
/* USER CODE END PV */
void SystemClock_Config(void);
int main(void){///***省略***////* USER CODE BEGIN 2 */AT24CXX_Init();//检测AT24C02是否存在printf1("\r\n*********STM32CubeMX I2C AT24C02 Example*********\r\n");for(i = 0;i < 256; i++){   //初始化写数据缓冲区WriteBuf[i] = i;}/* USER CODE END 2 */while (1){char key=KEY_Scan(0);if(key == 1){for(j = 0;j < 32;j++){  //按页写入EEPROM，分32次写入，因为24c02每次只能写8个数据。//通过hi2c2（IIC2）往从机（ADDR_24CXX_WRITE）的8位（I2C_MEMADD_SIZE_8BIT）寄存器（8*j）中写入WriteBuf+8*j的8个数据，超时0xffif(HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,ADDR_24CXX_WRITE,8*j,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,WriteBuf+8*j,8,0xFF) == HAL_OK){printf1("\r\nEEPROM 24C02 Write Test OK!\r\n");HAL_Delay(5);//每次写入需间隔5ms}else{printf1("\r\nEEPROM 24C02 Write Test False!\r\n");HAL_Delay(5);                   }}}if(key == 2){   //EEPROM读取没有页限制，可以一次读取256个字节//通过hi2c2（IIC2）往从机（ADDR_24CXX_READ）的8位（I2C_MEMADD_SIZE_8BIT）寄存器（0）中读出256个数据并存放在ReadBuf中，超时0xffHAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2,ADDR_24CXX_READ,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,ReadBuf,256,0xFF);for(i=0;i<256;i++){printf1("0x%02X ",ReadBuf[i]);}if(memcmp(WriteBuf,ReadBuf,256) == 0){  //通过内存比较，判断读取和写入的数据是否相同printf1("\r\nEEPROM 24C02 Read Test OK!\r\n");}else{printf1("\r\nEEPROM 24C02 Read Test False!\r\n");}}HAL_GPIO_TogglePin(GPIOE,GPIO_PIN_5);HAL_Delay(500);}
}