一、環境介紹

編程軟體: keil5

作業系統: win10

MCU型號: STM32F103ZET6

STM32編程方式: 暫存器開發 (方便程式移植到其他單片機)

IIC總線: STM32本身支持IIC硬體時序的，本文采用的是模擬時序，下篇文章就介紹配置STM32的IIC硬體時序讀寫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；硬體時序效率更高，單每個MCU配置方法不同，依賴硬體本身支持，

目前器件： 采用AT24C02 EEPROM存盤芯片

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

二、AT24C02存盤芯片介紹

2.1 芯片功能特性介紹

AT24C02 是串行CMOS型別的EEPROM存盤芯片，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：

芯片功能描述：

AT24C02系列支持I2C，總線資料傳送協議I2C，總線協議規定任何將資料傳送到總線的器件作為發送器，任何從總線接收資料的器件為接收器；資料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資料（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可以實作將最多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. 兩線串行介面(SDA、SCL)

3. 有用于硬體資料保護的寫保護引腳

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寫入資料之后,還需要等待AT24C0x將緩沖區資料寫入到內部EEPROM區域.

5. 資料保存可達100年

6. 100萬次擦寫周期

7. 高資料傳送速率為400KHz、低速100KHZ和IIC總線兼容， 100 kHz（1.8V）和400 kHz（2.7V、5V）

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

2.2 芯片設備地址介紹

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是硬體引腳、由硬體決定電平；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回圈，按位元組發送，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個位元組，方便按位元組傳輸資料，

我現在使用的開發板上AT24C02的原理圖是這樣的：

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 按位元組寫資料的指令流程(時序)

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. 發送存盤地址、AT24C02內部一共有256個位元組空間,尋址是從0開始的，范圍是(0~255)；發送這個存盤器地址就是告訴AT24C02接下來的資料改存盤到哪個地方，

5. 等待AT24C02應答、低電平有效

6. 發送一個位元組的資料，這個資料就是想存盤到AT24C02里保存的資料，

7. 等待AT24C02應答、低電平有效

8. 發送停止信號

2.3 對AT24C02 按頁寫資料的指令流程(時序)

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. 發送存盤地址、AT24C02內部一共有256個位元組空間,尋址是從0開始的，范圍是(0~255)；發送這個存盤器地址就是告訴AT24C02接下來的資料改存盤到哪個地方，

5. 等待AT24C02應答、低電平有效

6. 可以回圈發送8個位元組的資料，這些資料就是想存盤到AT24C02里保存的資料，

AT24C02的頁緩沖區是8個位元組，所有這里的回圈最多也只能發送8個位元組，多發送的位元組會將前面的覆寫掉，

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， 如果現在寫資料的起始地址是3，那么這一頁只剩下5個位元組可以寫；并不是說從哪里都可以回圈寫8個位元組，

詳細流程: 這里程式里一般使用for回圈實作

(1). 發送位元組1

(2). 等待AT24C02應答,低電平有效

(3). 發送位元組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任意地址讀任意位元組資料(時序)

AT24C02支持當前地址讀、任意地址讀，最常用的還是任意地址讀，因為可以指定讀取資料的地址，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. 發送存盤地址、AT24C02內部一共有256個位元組空間,尋址是從0開始的，范圍是(0~255)；發送這個存盤器地址就是告訴AT24C02接下來應該回傳那個地址的資料給單片機，

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. 回圈讀取資料: 接收AT24C02回傳的資料.

讀資料沒有位元組限制，可以第1個位元組、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，具有介面線少，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，器件發送資料到總線上，則定義為發送器，器件接收資料則定義為接收器，主器件和從器件都可以作業于接收和發送狀態，

I2C 總線通過串行資料（SDA）線和串行時鐘（SCL）線在連接到總線的器件間傳遞資訊，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有四種作業模式:
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：串行資料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線上的資料狀態僅在SCL為低電平的期間才能改變，

2.2 IIC總線上的設備連接圖

I2C 總線在物理連接上非常簡單，分別由SDA(串行資料線)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資料的傳遞，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，

2.3 I2C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器件的資料手冊得知)，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總線介面的模塊作為主設備，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，由硬體設備決定），
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總線資料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總線介面可編程時鐘來實作傳輸速率的調整，

3. 總線資料長度
I2C總線上的主設備與從設備之間以位元組(8位)為單位進行雙向的資料傳輸，

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，由本次資料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：每個位元組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：每個位元組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，資料線SDA由高電平變為低電平的程序，SCL=1;SDA=1;SDA=0;

停止信號就是: 時鐘線SCL處于低電平的時候, 資料線SDA由低電平變為高電平的程序，SCL=1;SDA=0;SDA=1;

2.6 應答信號

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

2.7 資料位傳輸時序

通過時序圖了解到，SCL處于高電平的時候資料穩定，SCL處于低電平的時候資料不穩定，

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

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

2.8 總線時序

四、IIC總線時序代碼、AT24C02讀寫代碼

在除錯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，

4.1 iic.c 這是IIC模擬時序完整代碼

#include "iic.h"

/*
函式功能：IIC介面初始化
硬體連接：
SDA：PB7
SCL：PB6
*/
void IIC_Init(void)
{
	RCC->APB2ENR|=1<<3;//PB
	GPIOB->CRL&=0x00FFFFFF;
	GPIOB->CRL|=0x33000000;
	GPIOB->ODR|=0x3<<6;
}

/*
函式功能：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; 		 //資料線拉高
	IIC_SCL=1;     		 //時鐘線拉高
	DelayUs(4);        //電平保持時間
	IIC_SDA_OUT=0; 		 //資料線拉低
	DelayUs(4);        //電平保持時間
	IIC_SCL=0;     		 //時鐘線拉低
}


/*
函式功能：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; 		 //資料線拉低
	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; 		 //資料線拉高
}

/*
函式功能：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; 		  //資料線上拉
	DelayUs(2);         //電平保持時間
	IIC_SCL=0;     		  //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要資料
	DelayUs(2);         //電平保持時間，等待從機發送資料
	IIC_SCL=1;     		  //時鐘線拉高，告訴從機，主機現在開始讀取資料
	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，主機需要資料
	return 0;
}


/*
函式功能：主機向從機發送應答信號
函式形參：0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，主機需要發送資料
	if(stat)IIC_SDA_OUT=1; //資料線拉高，發送非應答信號
	else IIC_SDA_OUT=0; 	 //資料線拉低，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，主機資料發送完畢
	DelayUs(2);            //電平保持時間，等待從機接收資料
	IIC_SCL=0;     		  	 //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要資料
}


/*
函式功能：IIC發送1個位元組資料
函式形參：將要發送的資料
*/
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，主機需要發送資料
	for(i=0;i<8;i++)
	{
		if(data&0x80)IIC_SDA_OUT=1; //資料線拉高，發送1
		else IIC_SDA_OUT=0; 	 //資料線拉低，發送0
		IIC_SCL=1;     		     //時鐘線拉高，告訴從機，主機資料發送完畢
		DelayUs(2);            //電平保持時間，等待從機接收資料
		IIC_SCL=0;     		 		 //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要發送資料
		DelayUs(2);            //電平保持時間，等待時鐘線穩定
		data<<=1;              //先發高位
	}
}


/*
函式功能：IIC接收1個位元組資料
返 回 值：收到的資料
*/
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，主機需要資料
		DelayUs(2);         //電平保持時間，等待從機發送資料
		IIC_SCL=1;     		  //時鐘線拉高，告訴從機，主機現在正在讀取資料
		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，主機需要資料 (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"
/*
函式功能：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;
}


/*
函式功能：AT24C02隨機讀資料
函式形參：讀取的地址(0~255)
返 回 值：讀出一個資料
*/
u8 At24c02ReadOneByteData(u32 addr)
{
	u8 data;
	IIC_Start(); //發送起始信號	
	IIC_WriteOneByteData(AT24C02_WRITE_ADDR); //設定寫模式
	IIC_GetACK();//獲取應答
	IIC_WriteOneByteData(addr); //設定讀取資料的位置
	IIC_GetACK();//獲取應答

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


/*
函式功能：AT24C02寫一個位元組的資料
函式形參：
		addr:寫入的地址(0~255)
		data:寫入的資料
*/
void At24c02WriteOneByteData(u32 addr,u8 data)
{
	IIC_Start(); //發送起始信號
	IIC_WriteOneByteData(AT24C02_WRITE_ADDR); //設定寫模式
	IIC_GetACK();//獲取應答
	IIC_WriteOneByteData(addr); //設定寫入資料的位置
	IIC_GetACK();//獲取應答
	IIC_WriteOneByteData(data); //設定寫入的資料
	IIC_GetACK();//獲取應答
	IIC_Stop();  //停止信號
	DelayMs(10); //等待寫入完畢
}


/*
函式 功 能：AT24C02當前位置讀一個位元組資料
函式回傳值：讀出的資料
*/
u8 At24c02CurrentAddrReadOneByteData(void)
{
	u8 data;
	IIC_Start(); //發送起始信號
	IIC_WriteOneByteData(AT24C02_READ_ADDR); //設定讀模式
	IIC_GetACK();//獲取應答
	data=IIC_ReadOneByteData(); //接收資料
	IIC_SendACK(1); //發送非應答信號
	IIC_Stop(); //停止信號
	return data;
}



/*
函式功能：AT24C02連續讀資料
函式形參：
u8 addr   //讀取的地址(0~255)
u8 len    //讀取的長度
u8 *buff  //讀出的資料存放緩沖區
*/
void At24c02ReadByteData(u32 addr,u8 len,u8 *buff)
{
	u8 i;
	IIC_Start(); //發送起始信號	
	IIC_WriteOneByteData(AT24C02_WRITE_ADDR); //設定寫模式
	IIC_GetACK();//獲取應答
	IIC_WriteOneByteData(addr); //設定讀取資料的位置
	IIC_GetACK();//獲取應答	
	IIC_Start(); //發送起始信號	
	IIC_WriteOneByteData(AT24C02_READ_ADDR); //設定讀模式
	IIC_GetACK();//獲取應答

	for(i=0;i<len;i++)
	{
		 buff[i]=IIC_ReadOneByteData(); //接收資料
		 IIC_SendACK(0); //發送應答信號
	}
	IIC_SendACK(1); //發送非應答信號
	IIC_Stop(); //停止信號
}


/*
函式功能：AT24C02頁寫
函式形參：
		addr:寫入的地址(0~255)
		*data:寫入的資料緩沖區
		len :寫入的長度

1. 頁寫的緩沖區大小是8個位元組，一次最多寫8個位元組進去，
2. 頁寫的地址是固定的，

0~7 是第一頁
8~15是第二頁			
*/
void At24c02PageWrite(u32 addr,u8 *data,u8 len)
{
	u8 i;
	IIC_Start(); //發送起始信號
	IIC_WriteOneByteData(AT24C02_WRITE_ADDR); //設定寫模式
	IIC_GetACK();//獲取應答
	IIC_WriteOneByteData(addr); //設定寫入資料的位置
	IIC_GetACK();//獲取應答

	for(i=0;i<len;i++)
	{
		IIC_WriteOneByteData(data[i]); //設定寫入的資料
		IIC_GetACK();//獲取應答
	}
	IIC_Stop();  //停止信號
	DelayMs(10); //等待寫入完畢
}


void AT24C02_WriteData(u32 addr,u8 *data,u8 len)
{
    u32 page_remain=8-addr%8; //一頁剩余的位元組數量
    if(page_remain>=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;
    }
}