EEPROM读写案例（以AT24C02为例）-编程知识

本篇文章主要是在学习单片机串行接口时的学习经历，主要侧重于驱动程序的讲解。下文将通过ESP32S3、STM32两款MCU进行编写驱动案例。

1、AT24C02简要说明

AT24C02是美国微芯科技公司生产的电擦写式只读存储器系列中的一款，其容量为2K位（即256字节）。每一个器件都支持双向、2线数据传输协议；兼容100KHZ（1.7V）和400KHZ（≥2.5V）两种传输速率；擦写次数可达100万次，数据保存时间超过200年等特征。

1.1 A0、A1、A2芯片地址输入引脚

在对不同的片选位进行组合之后,连接到同一条总线上的器件最多可达八个(对于MSOP型封装24 xx128和24 xx256器件,最多为两个)。
大部分应用中,片选地址输入引脚A0, A1和A2直接连到逻辑0或逻辑1,对于这些引脚由单片机或其他的可编程器件控制的应用,片选地址输入引脚必须在器件能够继续正常工作之前驱动为逻辑0或逻辑1。

如图2所示，当这三个地址引脚的电平确定时，对于读写芯片时的控制字节也就确定了。总所周知，IIC是通过设备地址选择芯片的，这三个地址可组成8个不同的设备地址，可供8个器件使用。

1、2 串行通信引脚

串行数据引脚为双向引脚,用于把地址和数据输入/输出器件。该引脚为漏极开路。因此，SDA 总线要求在该引脚与Vcc 之间接入上拉电阻（通常频率为100 kHz时该电阻阻值为10 kΩ,频率为400 kHz和1 MHz时,阻值为2 kΩ）。对于正常的数据传输，只允许在 SCL 为低电平期间改变SDA 电平。而 SDA 电平在 SCL 高电平期间若发生变化，表明起始和停止条件产生。

SCL引脚用于数据传输同步。

1、3 写保护引脚

该引脚必须连接到Vss或者Vcc。如果连接到Vss，写操作使能。如果连接到Vcc，写操作被禁止，但读操作不受影响。

1、4 总线特性

总线空闲：数据线和时钟写同时为高电平；

起始信号：时钟线电平为高电平时，数据线电平由高电平转换为低电平；

停止信号：时钟线电平为高电平时，数据线电平由低电平转换为高电平；

数据有效：数据线的状态表明数据何时有效。在起始条件之后，数据线在时钟处于高电平期间保持稳定，必须在时钟信号为低电平期间改变数据线。一个数据位对应一个时钟脉冲。数据的每次传输以起始条件开始，以停止条件结束。在起始条件和停止条件之间传输的数据字节数目由主器件决定。

1、5 确认信号

每一个被寻址的接收器在接收到每一字节数据后，应发每个确认位。主器件必须提供一个额外的时钟以传输确认位。写周期期间，24XX不会发出确认信号。

在确认时钟脉冲内，器件确认须拉低 SDA线。在确认时钟的高电平期间，SDA线以这种方式保持稳定的低电还必须考虑建立时间和保持时间。读操作期当然，主器件必须发送·个结束信导给从器件，而不是在火器件输出最后个数据字节之后声生一个确认府i文种情况下，从器件(24XX)将释放数据线为高电平，从而使主器件能够产生停止条件。

2、读写操作

2.1 写操作

如图4，AT24C02为2K位器件，在写字节时只需按照该步骤先后发送起始信号、控制字节（1010 0000），随后是要写入的地址（AT24C02其实地址可从0开始以255结尾共256字节）、要写入的一个字节数据、最后发送停止信号。确认位SDA都为低电平。

在读写EEPROM时，可以直接用字节写操作对没一个合法地址进行写数据，当然，也可以用页写操作，一次信写一页数据。（页写？一页有多大，可以查看数据手册，也可以通过测试得出，我这里测试一页为8字节）

页写操作和字节写操作相似，只是在发送数据时连着发n个数据，器件每接收到一个字节数据内部地址计数器会自动加1。当数据超过了一页的数据，地址会翻转到页起始地址，之前写入的数据会被覆盖（例如第一页从0~7，当从地址0开始写入9个数据，那么最开始写入地址0的数据将被最后一个数据覆盖）。

2、2 读操作

对于读字节操作和连续读操作也是相似，这里只说128位至16K器件。起始信号、控制字节（第一个是写：1010 0000）、地址字节、起始信号、数据字节/n个数据字节（读字节操作和连续读操作的不同点）、停止信号。这里需要注意，停止信号前一位是不确认（高电平），其余的都是确认。连续读没有页读之说，可以一次性读取所有数据。

3、读写案例一（ESP32篇）

3、1 硬件连接

3、2 程序编写

开发环境使用的是Vscode的IDF插件。

注：

#define IIC0_SDA_GPIO_PIN GPIO_NUM_41 //IIC_SDA

#define IIC0_SCL_GPIO_PIN GPIO_NUM_42

#define IIC0_CLK_SPEED 400000 //IIC速率

#define AT24C02_WRITE 0xA0 //写数据控制字节

#define AT24C02_READ 0xA1 //读数据控制字节

#define AT24C02_ACK_EN 0x01

#define AT24C02_ACK_DIS 0x00

3.2.1 AT24C02初始化

AT24C02初始化函数：这里只用到了两个库函数

//1.初始化IIC参数

esp_err_t i2c_param_config(i2c_port_t i2c_num, const i2c_config_t *i2c_conf);

i2c_num：IIC接口，I2C_NUM_0、I2C_NUM_1

i2c_conf：IIC配置结构体

i2c_confjie结构体就不细说了，主要是选择IIC模式，选择IIC引脚（这里SDA为IO_41,SCL为IO_42），SDA和SCL在硬件连接上使用了上拉电阻这里就可不用上拉，随后便是IIC速率400KHZ。

esp_err：返回值，成功返回1

//2.安装IIC驱动

esp_err_t i2c_driver_install(i2c_port_t i2c_num, i2c_mode_t mode, size_t slv_rx_buf_len, size_t slv_tx_buf_len, int intr_alloc_flags);

i2c_num：IIC接口，I2C_NUM_0、I2C_NUM_1

mode：IIC模式选择，主/从，这里选择主模式，后三个参数可以直接写入0。

esp_err：返回值，成功返回1

void AT24C02_Init(void)
{//配置IIC总线esp_err_t esp_iic_ret;i2c_config_t bsp_iicInit={0};bsp_iicInit.mode = I2C_MODE_MASTER;//IIC主模式bsp_iicInit.sda_io_num = IIC0_SDA_GPIO_PIN;//选择引脚bsp_iicInit.scl_io_num = IIC0_SCL_GPIO_PIN;bsp_iicInit.sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_DISABLE;bsp_iicInit.scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_DISABLE;bsp_iicInit.master.clk_speed = IIC0_CLK_SPEED;esp_iic_ret=i2c_param_config(I2C_NUM_0,&bsp_iicInit);if(esp_iic_ret!=ESP_OK){printf("IIC_NUM_0参数配置失败\n");}//安装IIC驱动esp_iic_ret = i2c_driver_install(I2C_NUM_0,I2C_MODE_MASTER,0,0,0);if(esp_iic_ret!=ESP_OK){printf("IIC_NUM_0驱动安装失败\n");}else{printf("IIC_NUM_0驱动安装成功\n");}
}

如此，便完成了对IIC的初始化配置。对于ESP32S3的IIC引脚，技术手册中显示可选任意IO。

3.2.2 读字节函数

//1.创建IIC命令链路，在使用IIC前必须创建链路并获取其句柄。

i2c_cmd_handle_t i2c_cmd_link_create(void);

i2c_cmd_handle_t：创建成功返回链路的句柄，内存不足返回NULL，以下函数需要使用该句柄

//2.发送起始信号，使用创建的链路句柄

esp_err_t i2c_master_start(i2c_cmd_handle_t cmd_handle);

//3.发送控制字节0xA0（ 1010 0000 ），确认位0

//4.发生EEPROM地址，确认位0

esp_err_t i2c_master_write_byte(i2c_cmd_handle_t cmd_handle, uint8_t data, bool ack_en);

//5.发送起始信号

//6.发送控制字节，这里需要读数据了，所以是0xA1，确认位0

/7.读取字节数据，确认位1

esp_err_t i2c_master_read_byte(i2c_cmd_handle_t cmd_handle, uint8_t *data, i2c_ack_type_t ack);

data：保存读取到的数据。

//8.发送停止信号

esp_err_t i2c_master_stop(i2c_cmd_handle_t cmd_handle);

//9.等待所有命令发送完成，最后删除句柄

esp_err_t i2c_master_cmd_begin(i2c_port_t i2c_num, i2c_cmd_handle_t cmd_handle, TickType_t ticks_to_wait);

i2c_num：IIC接口。

i2c_cmd_handle_t：链路句柄。

ticks_to_wait：阻塞时间。

void i2c_cmd_link_delete(i2c_cmd_handle_t cmd_handle);//删除句柄

/*** @brief       AT24C02随机读取一个字节函数* @param       addr:内存地址0~255（256bety）* @retval      读取到的数据*/
uint8_t AT24C02_random_readByte(uint8_t addr)
{i2c_cmd_handle_t at24c02_i2c_handle;uint8_t rx_dat=0;//1.创建连接at24c02_i2c_handle = i2c_cmd_link_create();if(at24c02_i2c_handle == NULL){printf("at24c02 IIC命令连接创建失败!\n");}//2.发送起始位i2c_master_start(at24c02_i2c_handle);//3.发送控制字节i2c_master_write_byte(at24c02_i2c_handle,AT24C02_WRITE,AT24C02_ACK_DIS);//4.发送地址字节i2c_master_write_byte(at24c02_i2c_handle,addr,AT24C02_ACK_DIS);//5.发送起始地址i2c_master_start(at24c02_i2c_handle);//6.发送控制字节i2c_master_write_byte(at24c02_i2c_handle,AT24C02_READ,AT24C02_ACK_DIS);//7.读取数据i2c_master_read_byte(at24c02_i2c_handle,&rx_dat,AT24C02_ACK_EN);//8.发送停止信号i2c_master_stop(at24c02_i2c_handle);//9.删除连接i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0,at24c02_i2c_handle,1000);i2c_cmd_link_delete(at24c02_i2c_handle);return rx_dat;
}

读字节操作这里值得注意的是确认信号（i2c_ack_type_t），在写操作时也注意，只要填写不对可能读写就会出现问题，但是按照数据手册流程来就不会出现啥问题。

3.2.3 连续读

方法一、需要读取多少字节数据就直接调用多少次读字节函数。

方法二、在读取第一个数据后再读取多个数据，注意最后一个数据需要不确认信号。

#if 0
void AT24C02_ContinuousRead_Data(uint8_t addr,uint8_t *data,uint16_t len)
{uint8_t *pdata = data;while(len--){*pdata = AT24C02_random_readByte(addr++);pdata++;}
}
#else
void AT24C02_ContinuousRead_Data(uint8_t addr,uint8_t *data,uint16_t len)
{i2c_cmd_handle_t at24c02_i2c_handle;uint8_t *pdata = data;//1.创建连接at24c02_i2c_handle = i2c_cmd_link_create();if(at24c02_i2c_handle == NULL){printf("at24c02 IIC命令连接创建失败!\n");}//2.发送起始位i2c_master_start(at24c02_i2c_handle);//3.发送控制字节i2c_master_write_byte(at24c02_i2c_handle,AT24C02_WRITE,AT24C02_ACK_DIS);//4.发送地址字节i2c_master_write_byte(at24c02_i2c_handle,addr,AT24C02_ACK_DIS);//5.发送起始位i2c_master_start(at24c02_i2c_handle);//6.发送控制字节i2c_master_write_byte(at24c02_i2c_handle,AT24C02_READ,AT24C02_ACK_DIS);//7.读取数据while(len--){if(len){i2c_master_read_byte(at24c02_i2c_handle,pdata,AT24C02_ACK_DIS);}else{i2c_master_read_byte(at24c02_i2c_handle,pdata,AT24C02_ACK_EN);}pdata ++;}//8.发送停止信号i2c_master_stop(at24c02_i2c_handle);//9.删除连接i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0,at24c02_i2c_handle,1000);i2c_cmd_link_delete(at24c02_i2c_handle);
}
#endif

3.2.4 写字节

与读字节相似，只不过在发送完地址后，直接开始写字节数据。不确认信号1

void AT24C02_writeByte(uint8_t addr,uint8_t byte)
{//1.创建连接i2c_cmd_handle_t at24c02_i2c_handle;at24c02_i2c_handle = i2c_cmd_link_create();//if(at24c02_i2c_handle == NULL){printf("at24c02 IIC命令连接创建失败!\n");}//2.发送起始位i2c_master_start(at24c02_i2c_handle);//3.发送控制字节i2c_master_write_byte(at24c02_i2c_handle,AT24C02_WRITE,AT24C02_ACK_DIS);//4.发送地址字节i2c_master_write_byte(at24c02_i2c_handle,addr%256,AT24C02_ACK_DIS);//5.发送数据i2c_master_write_byte(at24c02_i2c_handle,byte,AT24C02_ACK_DIS);//6.发送停止信号i2c_master_stop(at24c02_i2c_handle);//7.删除连接i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0,at24c02_i2c_handle,1000);i2c_cmd_link_delete(at24c02_i2c_handle);vTaskDelay(5);
}

最后需要延时一段时间，可自己调节时间长短，如果不延时就读取数据会出现问题。

3.2.5 页写

ESP32这里提供了一个连续写函数，只需要写入句柄，数据缓冲区，数据长度以及确认信号。

esp_err_t i2c_master_write(i2c_cmd_handle_t cmd_handle, const uint8_t *data, size_t data_len, bool ack_en);

这里的确认信号都是0。也可使用另一个函数一个个写。

void AT24C02_PageWrite_Data(uint8_t addr,uint8_t *data,uint16_t len)
{uint16_t w_len = len;uint8_t *pdata = data;//1.创建连接i2c_cmd_handle_t at24c02_i2c_handle;at24c02_i2c_handle = i2c_cmd_link_create();if(at24c02_i2c_handle == NULL){printf("at24c02 IIC命令连接创建失败!\n");}//2.发送起始位i2c_master_start(at24c02_i2c_handle);//3.发送控制字节i2c_master_write_byte(at24c02_i2c_handle,AT24C02_WRITE,AT24C02_ACK_EN);//4.发送地址字节i2c_master_write_byte(at24c02_i2c_handle,addr%256,AT24C02_ACK_DIS);//5.发送数据i2c_master_write(at24c02_i2c_handle,pdata,w_len,AT24C02_ACK_DIS);//6.发送停止信号i2c_master_stop(at24c02_i2c_handle);//7.删除连接i2c_master_cmd_begin(I2C_NUM_0,at24c02_i2c_handle,1000);i2c_cmd_link_delete(at24c02_i2c_handle);vTaskDelay(10);
}

3.2.6 跨页写

方法一、调用多次写字节函数写入多个字节数据。

方法二、调用页写函数，分页写入数据。

#if 0
void AT24C02_WriteData(uint8_t addr,uint8_t *data,uint16_t len)
{uint8_t *pdata = data;while(len--){AT24C02_writeByte(addr,*pdata);pdata ++;addr ++;}
}
#else
void AT24C02_WriteData(uint8_t addr,uint8_t *data,uint16_t len)
{uint8_t page_addr = addr;//保存要写入的页地址uint8_t page_offset;uint8_t *pdata = data;page_offset = 8 - addr%8;//当前页剩余字节数if(page_offset > len){page_offset = len;//当前页可以写下要写入的数据}while(1){AT24C02_PageWrite_Data(page_addr,pdata,page_offset);if(page_offset == len){break;}len -= page_offset;//剩余数据长度page_addr += page_offset;//地址偏移至下一页起始地址pdata += page_offset;//数据地址偏移if(page_addr <= 255){if(len > 8){page_offset = 8;}else{page_offset = len;}}else{break;}}
}
#endif

在不知道页具体大小时，可使用页写函数写入数据，遇到数据覆盖便可知道页大小。

3.2.7读写实验

刚开始写的时候建议使用读写字节的两个函数对一个地址进行读写，最终再实现连续读、跨页写函数，这里直接演示读写256字节。

定义两个大小为256字节大小的数组，给tx_dat数组分别赋值0~255，随后将这256个数据从EEPROM的地址0开始写入，再调用连续读函数从地址0开始读取256字节数据并打印。输出结果如图8所示，打印数据与写入数据相同。


void app_main(void)
{esp_err_t ret;ret = nvs_flash_init(); /* 初始化NVS */if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND){ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());ret = nvs_flash_init();}led_init();             /* 初始化LED */KEY_Init();             /* 初始化KEY_BOOT*/AT24C02_Init();printf("AT24C02测试开始!\n");uint8_t tx_dat[256]={0};uint8_t rx_dat[256]={0};for(uint16_t i=0;i<=255;i++){tx_dat[i]=i;}AT24C02_WriteData(0,tx_dat,256);//跨页写256字节数据AT24C02_ContinuousRead_Data(0,rx_dat,256);//连续读取256字节数据for(uint16_t i=0;i<=255;i++){printf("读取到的eeprom数据%d:%d\n",i,rx_dat[i]);}while(1){if(KEY_get_val()){LED_TOGGLE();printf("按键boot按下！\n"); }vTaskDelay(100);}
}

输出演示：