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一、環境介紹

編程軟件: keil5

操作系統: win10

MCU型號: STM32F103ZET6

STM32編程方式: 寄存器開發 (方便程序移植到其他單片機)

IIC總線:STM32本身支持IIC硬件時序的，本文采用的是模擬時序，下篇文章就介紹配置STM32的IIC硬件時序讀寫AT24C02和AT24C08。

模擬時序更加方便移植到其他單片機，通用性更高，不分MCU；硬件時序效率更高，單每個MCU配置方法不同，依賴硬件本身支持。

目前器件： 采用AT24C02 EEPROM存儲芯片

二、AT24C02存儲芯片介紹

2.1 芯片功能特性介紹

AT24C02 是串行CMOS類型的EEPROM存儲芯片，AT24C0x這個系列包含了AT24C01、AT24C02、AT24C04、AT24C08、AT24C16這些具體的芯片型號。

他們容量分別是：1K (128 x 8)、2K (256 x 8)、4K (512 x 8)、8K (1024 x 8)、16K (2048 x 8) ，其中的8表示8位(bit)

它們的管腳功能、封裝特點如下：

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芯片功能描述：

AT24C02系列支持I2C，總線數據傳送協議I2C，總線協議規定任何將數據傳送到總線的器件作為發送器。任何從總線接收數據的器件為接收器；數據傳送是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發送器或接收器，但由主器件控制傳送數據（發送或接收）的模式，由于A0、A1和A2可以組成000~111八種情況，即通過器件地址輸入端A0、A1和A2可以實現將最多8個AT24C02器件連接到總線上，通過進行不同的配置進行選擇器件。

芯片特性介紹：

1. 低壓和標準電壓運行
–2.7（VCC=2.7伏至5.5伏）
–1.8（VCC=1.8伏至5.5伏）

2. 兩線串行接口(SDA、SCL)

3. 有用于硬件數據保護的寫保護引腳

4. 自定時寫入周期(5毫秒~10毫秒),因為內部有頁緩沖區,向AT24C0x寫入數據之后,還需要等待AT24C0x將緩沖區數據寫入到內部EEPROM區域.

5. 數據保存可達100年

6. 100萬次擦寫周期

7. 高數據傳送速率為400KHz、低速100KHZ和IIC總線兼容。 100 kHz（1.8V）和400 kHz（2.7V、5V）

8. 8字節頁寫緩沖區
這個緩沖區大小與芯片具體型號有關: 8字節頁（1K、2K）、16字節頁（4K、8K、16K）

2.2 芯片設備地址介紹

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IIC設備的標準地址位是7位。上面這個圖里AT24C02的1010是芯片內部固定值，A2 、A1、 A0是硬件引腳、由硬件決定電平；最后一位是讀/寫位(1是讀，0是寫)，讀寫位不算在地址位里，但是根據IIC的時序順序，在操作設備前，都需要先發送7位地址，再發送1位讀寫位，才能啟動對芯片的操作，我們在寫模擬時序為了方便統一寫for循環，按字節發送，所以一般都是將7地址位與1位讀寫位拼在一起，組合成1個字節，方便按字節傳輸數據。

我現在使用的開發板上AT24C02的原理圖是這樣的：

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那么這個AT24C02的標準設備地址就是: 0x50(十六進制)，對應的二進制就是: 1010000

如果將讀寫位組合在一起，讀權限的設備地址: 0xA1 (10100001) 、寫權限的設備地址: 0xA0 (10100000)

2.3 對AT24C02 按字節寫數據的指令流程(時序)

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詳細解釋：

1. 先發送起始信號

2. 發送設備地址(寫權限)

3. 等待AT24C02應答、低電平有效

4. 發送存儲地址、AT24C02內部一共有256個字節空間,尋址是從0開始的，范圍是(0~255)；發送這個存儲器地址就是告訴AT24C02接下來的數據改存儲到哪個地方。

5.等待AT24C02應答、低電平有效

6. 發送一個字節的數據，這個數據就是想存儲到AT24C02里保存的數據。

7.等待AT24C02應答、低電平有效

8. 發送停止信號

2.3 對AT24C02 按頁寫數據的指令流程(時序)

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詳細解釋：

1. 先發送起始信號

2. 發送設備地址(寫權限)

3. 等待AT24C02應答、低電平有效

4. 發送存儲地址、AT24C02內部一共有256個字節空間,尋址是從0開始的，范圍是(0~255)；發送這個存儲器地址就是告訴AT24C02接下來的數據改存儲到哪個地方。

5.等待AT24C02應答、低電平有效

6. 可以循環發送8個字節的數據，這些數據就是想存儲到AT24C02里保存的數據。

AT24C02的頁緩沖區是8個字節，所有這里的循環最多也只能發送8個字節，多發送的字節會將前面的覆蓋掉。

需要注意的地方: 這個頁緩沖區的尋址也是從0開始，比如: 0~7算第1頁，8~15算第2頁......依次類推。 如果現在寫數據的起始地址是3，那么這一頁只剩下5個字節可以寫；并不是說從哪里都可以循環寫8個字節。

詳細流程: 這里程序里一般使用for循環實現

(1). 發送字節1

(2). 等待AT24C02應答,低電平有效

(3). 發送字節2

(4).等待AT24C02應答,低電平有效

.........

最多8次.

7.等待AT24C02應答、低電平有效

8. 發送停止信號

2.4 從AT24C02任意地址讀任意字節數據(時序)

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AT24C02支持當前地址讀、任意地址讀，最常用的還是任意地址讀，因為可以指定讀取數據的地址，比較靈活，上面這個指定時序圖就是任意地址讀。

詳細解釋：

1. 先發送起始信號

2. 發送設備地址(寫權限)

3. 等待AT24C02應答、低電平有效

4. 發送存儲地址、AT24C02內部一共有256個字節空間,尋址是從0開始的，范圍是(0~255)；發送這個存儲器地址就是告訴AT24C02接下來應該返回那個地址的數據給單片機。

5.等待AT24C02應答、低電平有效

6. 重新發送起始信號(切換讀寫模式)

7.發送設備地址(讀權限)

8.等待AT24C02應答、低電平有效

9. 循環讀取數據: 接收AT24C02返回的數據.

讀數據沒有字節限制，可以第1個字節、也可以連續將整個芯片讀完。

10. 發送非應答(高電平有效)

11. 發送停止信號

三、IIC總線介紹

2.1 IIC總線簡介

I2C（Inter－Integrated Circuit）總線是由PHILIPS公司開發的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備，是微電子通信控制領域廣泛采用的一種總線標準。具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優點。

I2C規程運用主/從雙向通訊。器件發送數據到總線上，則定義為發送器，器件接收數據則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發送狀態。

I2C 總線通過串行數據（SDA）線和串行時鐘（SCL）線在連接到總線的器件間傳遞信息。每個器件都有一個唯一的地址識別，而且都可以作為一個發送器或接收器（由器件的功能決定）。

I2C有四種工作模式:
1.主機發送
2.主機接收
3.從機發送
4.從機接收

I2C總線只用兩根線：串行數據SDA（Serial Data）、串行時鐘SCL（Serial Clock）。

總線必須由主機（通常為微控制器）控制，主機產生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產生起始和停止條件。

SDA線上的數據狀態僅在SCL為低電平的期間才能改變。

2.2 IIC總線上的設備連接圖

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I2C 總線在物理連接上非常簡單，分別由SDA(串行數據線)和SCL(串行時鐘線)及上拉電阻組成。通信原理是通過對SCL和SDA線高低電平時序的控制，來產生I2C總線協議所需要的信號進行數據的傳遞。在總線空閑狀態時，這兩根線一般被上面所接的上拉電阻拉高，保持著高電平。

其中上拉電阻范圍是4.7K~100K。

2.3I2C總線特征

I2C總線上的每一個設備都可以作為主設備或者從設備，而且每一個從設備都會對應一個唯一的地址(可以從I2C器件的數據手冊得知)。主從設備之間就通過這個地址來確定與哪個器件進行通信，在通常的應用中，我們把CPU帶I2C總線接口的模塊作為主設備，把掛接在總線上的其他設備都作為從設備。

1. 總線上能掛接的器件數量
I2C總線上可掛接的設備數量受總線的最大電容400pF 限制，如果所掛接的是相同型號的器件，則還受器件地址的限制。
一般I2C設備地址是7位地址（也有10位），地址分成兩部分：芯片固化地址（生產芯片時候哪些接地，哪些接電源，已經固定），可編程地址（引出IO口，由硬件設備決定）。
例如： 某一個器件是7 位地址，其中10101 xxx 高4位出廠時候固定了，低3位可以由設計者決定。
則一條I2C總線上只能掛該種器件最少8個。
如果7位地址都可以編程，那理論上就可以達到128個器件，但實際中不會掛載這么多。

2. 總線速度傳輸速度：
I2C總線數據傳輸速率在標準模式下可達100kbit/s，快速模式下可達400kbit/s，高速模式下可達3.4Mbit/s。一般通過I2C總線接口可編程時鐘來實現傳輸速率的調整。

3. 總線數據長度
I2C總線上的主設備與從設備之間以字節(8位)為單位進行雙向的數據傳輸。

2.4 I2C總線協議基本時序信號

空閑狀態：SCL和SDA都保持著高電平。

起始條件：總線在空閑狀態時，SCL和SDA都保持著高電平，當SCL為高電平期間而SDA由高到低的跳變，表示產生一個起始條件。在起始條件產生后，總線處于忙狀態，由本次數據傳輸的主從設備獨占，其他I2C器件無法訪問總線。

停止條件：當SCL為高而SDA由低到高的跳變，表示產生一個停止條件。

答應信號：每個字節傳輸完成后的下一個時鐘信號，在SCL高電平期間，SDA為低，則表示一個應答信號。

非答應信號：每個字節傳輸完成后的下一個時鐘信號，在SCL高電平期間，SDA為高，則表示一個應答信號。應答信號或非應答信號是由接收器發出的，發送器則是檢測這個信號（發送器，接收器可以從設備也可以主設備）。

注意：起始和結束信號總是由主設備產生。

2.5 起始信號與停止信號

起始信號就是: 時鐘線SCL處于高電平的時候，數據線SDA由高電平變為低電平的過程。SCL=1;SDA=1;SDA=0;

停止信號就是: 時鐘線SCL處于低電平的時候, 數據線SDA由低電平變為高電平的過程。SCL=1;SDA=0;SDA=1;

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2.6 應答信號

數據位的第9位就時應答位。 讀取應答位的流程和讀取數據位是一樣的。示例: SCL=0;SCL=1;ACK=SDA; 這個ACK就是讀取的應答狀態。

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2.7 數據位傳輸時序

通過時序圖了解到，SCL處于高電平的時候數據穩定，SCL處于低電平的時候數據不穩定。

那么對于寫一位數據(STM32--->AT24C02):SCL=0;SDA=data;SCL=1;

那么對于讀一位數據(STM32<-----AT24C02):?SCL=0;SCL=1;data=SDA;

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2.8 總線時序

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四、IIC總線時序代碼、AT24C02讀寫代碼

在調試IIC模擬時序的時候，可以在淘寶上買一個24M的USB邏輯分析儀，時序出現問題，使用邏輯分析儀一分析就可以快速找到問題。

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4.1 iic.c 這是IIC模擬時序完整代碼

完整的工程源碼下載地址,下載即可編譯運行測試（包含了模擬IIC時序、STM32硬件IIC時序分別驅動AT24C02和AT24C08）:https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/19399945

#include "iic.h"

/*
函數功能：IIC接口初始化
硬件連接：
SDA：PB7
SCL：PB6
*/
void IIC_Init(void)
{
	RCC->APB2ENR|=1<<3;//PB
	GPIOB->CRL&=0x00FFFFFF;
	GPIOB->CRL|=0x33000000;
	GPIOB->ODR|=0x3<<6;
}

/*
函數功能：IIC總線起始信號
*/
void IIC_Start(void)
{
	IIC_SDA_OUTMODE(); //初始化SDA為輸出模式
	IIC_SDA_OUT=1; 		 //數據線拉高
	IIC_SCL=1;     		 //時鐘線拉高
	DelayUs(4);        //電平保持時間
	IIC_SDA_OUT=0; 		 //數據線拉低
	DelayUs(4);        //電平保持時間
	IIC_SCL=0;     		 //時鐘線拉低
}


/*
函數功能：IIC總線停止信號
*/
void IIC_Stop(void)
{
	IIC_SDA_OUTMODE();    //初始化SDA為輸出模式
	IIC_SDA_OUT=0; 		 //數據線拉低
	IIC_SCL=0;     		 //時鐘線拉低
	DelayUs(4);           //電平保持時間
	IIC_SCL=1;     		 //時鐘線拉高
	DelayUs(4);           //電平保持時間
	IIC_SDA_OUT=1; 		 //數據線拉高
}

/*
函數功能：獲取應答信號
返 回 值：1表示失敗，0表示成功
*/
u8 IIC_GetACK(void)
{
	u8 cnt=0;
	IIC_SDA_INPUTMODE();//初始化SDA為輸入模式
	IIC_SDA_OUT=1; 		  //數據線上拉
	DelayUs(2);         //電平保持時間
	IIC_SCL=0;     		  //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要數據
	DelayUs(2);         //電平保持時間，等待從機發送數據
	IIC_SCL=1;     		  //時鐘線拉高，告訴從機，主機現在開始讀取數據
	while(IIC_SDA_IN)   //等待從機應答信號
	{
		cnt++;
		if(cnt>250)return 1;
	}
	IIC_SCL=0;     		  //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要數據
	return 0;
}


/*
函數功能：主機向從機發送應答信號
函數形參：0表示應答，1表示非應答
*/
void IIC_SendACK(u8 stat)
{
	IIC_SDA_OUTMODE(); //初始化SDA為輸出模式
	IIC_SCL=0;     		 //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要發送數據
	if(stat)IIC_SDA_OUT=1; //數據線拉高，發送非應答信號
	else IIC_SDA_OUT=0; 	 //數據線拉低，發送應答信號
	DelayUs(2);            //電平保持時間，等待時鐘線穩定
	IIC_SCL=1;     		     //時鐘線拉高，告訴從機，主機數據發送完畢
	DelayUs(2);            //電平保持時間，等待從機接收數據
	IIC_SCL=0;     		  	 //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要數據
}


/*
函數功能：IIC發送1個字節數據
函數形參：將要發送的數據
*/
void IIC_WriteOneByteData(u8 data)
{
	u8 i;
	IIC_SDA_OUTMODE(); //初始化SDA為輸出模式
	IIC_SCL=0;     		 //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要發送數據
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if(data&0x80)IIC_SDA_OUT=1; //數據線拉高，發送1
		else IIC_SDA_OUT=0; 	 //數據線拉低，發送0
		IIC_SCL=1;     		     //時鐘線拉高，告訴從機，主機數據發送完畢
		DelayUs(2);            //電平保持時間，等待從機接收數據
		IIC_SCL=0;     		 		 //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要發送數據
		DelayUs(2);            //電平保持時間，等待時鐘線穩定
		data<<=1;              //先發高位
	}
}


/*
函數功能：IIC接收1個字節數據
返 回 值：收到的數據
*/
u8 IIC_ReadOneByteData(void)
{
	u8 i,data;
	IIC_SDA_INPUTMODE();//初始化SDA為輸入模式
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		IIC_SCL=0;     		  //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要數據
		DelayUs(2);         //電平保持時間，等待從機發送數據
		IIC_SCL=1;     		  //時鐘線拉高，告訴從機，主機現在正在讀取數據
		data<<=1;           
		if(IIC_SDA_IN)data|=0x01;
		DelayUs(2);         //電平保持時間，等待時鐘線穩定
	}
	IIC_SCL=0;     		  		//時鐘線拉低，告訴從機，主機需要數據 (必須拉低，否則將會識別為停止信號)
	return data;
}

4.2 AT24C02.c 這是AT24C02完整的讀寫代碼

#include "at24c02.h"
/*
函數功能：檢查AT24C02是否存在
返 回 值：1表示失敗，0表示成功
*/
u8 At24c02Check(void)
{
	u8 data;
	At24c02WriteOneByteData(255,0xAA);
	data=At24c02ReadOneByteData(255);
	if(data==0xAA)return 0;
	else return 1;
}


/*
函數功能：AT24C02隨機讀數據
函數形參：讀取的地址(0~255)
返 回 值：讀出一個數據
*/
u8 At24c02ReadOneByteData(u32 addr)
{
	u8 data;
	IIC_Start(); //發送起始信號	
	IIC_WriteOneByteData(AT24C02_WRITE_ADDR); //設置寫模式
	IIC_GetACK();//獲取應答
	IIC_WriteOneByteData(addr); //設置讀取數據的位置
	IIC_GetACK();//獲取應答

	IIC_Start(); //發送起始信號	
	IIC_WriteOneByteData(AT24C02_READ_ADDR); //設置讀模式
	IIC_GetACK();//獲取應答
	data=IIC_ReadOneByteData(); //接收數據
	IIC_SendACK(1); //發送非應答信號
	IIC_Stop(); //停止信號
	return data;
}


/*
函數功能：AT24C02寫一個字節的數據
函數形參：
		addr:寫入的地址(0~255)
		data:寫入的數據
*/
void At24c02WriteOneByteData(u32 addr,u8 data)
{
	IIC_Start(); //發送起始信號
	IIC_WriteOneByteData(AT24C02_WRITE_ADDR); //設置寫模式
	IIC_GetACK();//獲取應答
	IIC_WriteOneByteData(addr); //設置寫入數據的位置
	IIC_GetACK();//獲取應答
	IIC_WriteOneByteData(data); //設置寫入的數據
	IIC_GetACK();//獲取應答
	IIC_Stop();  //停止信號
	DelayMs(10); //等待寫入完畢
}


/*
函數 功 能：AT24C02當前位置讀一個字節數據
函數返回值：讀出的數據
*/
u8 At24c02CurrentAddrReadOneByteData(void)
{
	u8 data;
	IIC_Start(); //發送起始信號
	IIC_WriteOneByteData(AT24C02_READ_ADDR); //設置讀模式
	IIC_GetACK();//獲取應答
	data=IIC_ReadOneByteData(); //接收數據
	IIC_SendACK(1); //發送非應答信號
	IIC_Stop(); //停止信號
	return data;
}



/*
函數功能：AT24C02連續讀數據
函數形參：
u8 addr   //讀取的地址(0~255)
u8 len    //讀取的長度
u8 *buff  //讀出的數據存放緩沖區
*/
void At24c02ReadByteData(u32 addr,u8 len,u8 *buff)
{
	u8 i;
	IIC_Start(); //發送起始信號	
	IIC_WriteOneByteData(AT24C02_WRITE_ADDR); //設置寫模式
	IIC_GetACK();//獲取應答
	IIC_WriteOneByteData(addr); //設置讀取數據的位置
	IIC_GetACK();//獲取應答	
	IIC_Start(); //發送起始信號	
	IIC_WriteOneByteData(AT24C02_READ_ADDR); //設置讀模式
	IIC_GetACK();//獲取應答

	for(i=0;i=len)
    {
        page_remain=len;
    }
    while(1)
    {
        At24c02PageWrite(addr,data,page_remain);
        if(page_remain==len)
        {
            break;
        }
        addr+=page_remain;
        data+=page_remain;
        len-=page_remain;
        if(len>=8)page_remain=8;
        else page_remain=len;
    }
}
;i++)>

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