查看“STM32CubeMX系列教程9:内部集成电路(I2C)”的源代码




<b style="background-color: inherit;">1.I2C总线简介</b>


        I2C（Inter-Integrated Circuit ,内部集成电路)总线是一种由飞利浦Philip公司开发的串行总线。是两条串行的总线，它由一根数据线（SDA）和一根 时钟线（SDL）组成。I2C总线上可以接多个I2C设备，每个器件都有一个唯一的地址识别。同一时间只能有一个主设备，其他为从设备。通常MCU作为主设备控制，外设作为从设备。


<b style="background-color: inherit;">2.I2C硬件电路</b>
<b style="background-color: inherit;">
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        I2C总线为漏极开路结构(OD)，因此它们必须接有上拉电阻,阻值常为  4k7 或 10k ；当总线空闲时，两根线均为高电平。OD门与其它任意数量的OD与OC门成"线与"关系，即当总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低。




[[File:145023c79id39wzwd9uj9r.png]]



<b style="background-color: inherit;">3.I2C协议</b>
<b style="background-color: inherit;">
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 I2C有三种状态信号:开始信号、结束信号和应答信号



开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平转变为低电平跳变，表示开始通信。
结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平转变为高电平跳变，结束结束通信。
应答信号：接收数据的IC在接收到一个字节数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。




[[File:145024o730doq7dnn379br.png]]



        在数据传输过程中，SCL时钟为主设备控制，SCL为高的时候读取数据SDA的数据，SCL为低的时候，主设备改变SDA的数据准备传输下一位。数据从高位开始传输，当传输8位后，主设备会释放SDA总线。如果从设备正确接收到数据，则从设备会拉低SDA总线，则产生一个应答信号。如果从设备出错，不拉低SDA总线，由于上拉电阻的作用，SDA的电平会变为高电平，即为非应答信号。数据传输总是以开始信号开始传输，以结束信号终止传输，中间可以传输多个字节的数据。


<b style="background-color: inherit;">4.AT24Cxx</b>
<b style="background-color: inherit;">
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        AT24C系列为美国ATMEL公司推出的串行COMS型E<sup style="background-color: inherit;">2</sup>PROM。芯片型号后两位表示芯片容量，例如ATC24C02为2K。引脚图中A0、A1、A2为器件地址引脚，GND为地，VCC为正电源，WP为写保护，SCL为串行时钟线，SDA为串行数据线。



[[File:145024s1cl6ukmvahag16m.png]] 

[[File:145024zx7316z77g78axnu.png]]



AT24C设备地址为如下，前四位固定为1010，A2~A0为由管脚电平。AT24CXX EEPROM Board模块中默认为接地。A2~A0为000，最后一位表示读写操作。所以AT24Cxx的读地址为0xA1,写地址为0xA0。



[[File:145025w801gmhg7bpglugu.png]]



写字节操作MCU先发送一个开始信号(START)，然后发送器件写操作地址(DEVICE ADDRESS)，E<sup>2</sup>PROM接收到地址后，如果地址和自身的地址一样，E<sup>2</sup>PROM就会回一个应答信号(ACK)。MCU接收到应答信号后，再发送要操作的内存地址(WORD ADDRESS)，得到应答后再传输写入的数据(DATA)。再次等待E<sup>2</sup>PROM应答后发送结束信号（STOP）结束传输。




[[File:145025k53tq37kmc3m113t.png]]




E<sup>2</sup>PROM支持连续写操作，操作和单个字节类似，先发送设备写操作地址(DEVICE ADDRESS)，然后发送内存起始地址(WORD ADDRESS)，然后不断传输数据。E<sup>2</sup>PROM的地址指针会自动递增，数据会依次保存在内存中。





[[File:145025aeio40tq40n03xox.png]]



E<sup>2</sup>PROM读字节操作如下，先发送设备写操作地址(DEVICE ADDRESS)，然后发送要读取内存的地址(WORD ADDRESS)。然后重新发送开始信号(START)，发送设备读操作地址(DEVICE ADDRESS)对E<sup>2</sup>PROM进行读操作。此时MCU释放SDA数据线，E<sup>2</sup>PROM控制SDA数据总线，将内存地址中对应的数据发送给MCU。





[[File:145025k2xg2zk6gbiglllu.png]]



同理，E<sup>2</sup>PROM可以连续读操作，在读一个字节后，MCU会回应一个应答信号(ACK)后，E<sup>2</sup>PROM会继续传输下一个地址的数据，MCU不断回应应答信号可以不断读取内存的数据，不应答发送结束信号后终止传输。




[[File:145026jrwr57z0fg3f325x.png]]



注意：每次操作都是由MCU先发送开始信号，然后发送器件地址，写操作发送写设备地址，读操作发送读设备地址，然后再传输数据。


<b style="background-color: inherit;">5.示例程序</b>
<b style="background-color: inherit;">
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        本章程序在串口printf工程的基础上修改，复制串口printf的工程，修改文件夹名。击STM32F746I.ioc打开STM32cubeMX的工程文件重新配置。I2C1选择I2C模式，PB8,PB9管脚分别配置为I2C1_SDA，I2C2_SCL。



        
[[File:145026to2bp7fs7isgwgst.png]] 

[[File:145026wj4zdkmz4o0mutri.png]]





I2C为默认设置不作修改。只需注意一下，I2C为标准模式，I2C传输速率(I2C Speed Frequency)为100KHz。




[[File:145026q92zp05b7t2hl1lj.png]]




生成报告以及代码，编译程序。在i2c.c文件中可以看到ADC初始化函数。在stm32f7xx_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。



[[File:145027bau62t4ti5ck665z.png]]



在mian.c文件前面声明两个输出存储读写数据，宏定义E<sup>2</sup>PROM读写地址以及缓存数据长度。




<syntaxhighlight lang="python">
/* USER CODE BEGIN PV */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
#define ADDR_24LCxx_Write 0xA0
#define ADDR_24LCxx_Read 0xA1
#define BufferSize 0x100
uint8_t WriteBuffer[BufferSize],ReadBuffer[BufferSize];
uint16_t i;
/* USER CODE END PV */</syntaxhighlight> 
<syntaxhighlight lang="python">

</syntaxhighlight>在mian()函数里面添加应用程序读写E<sup style="font-family: 'Times New Roman';">2</sup>PROM。





<syntaxhighlight lang="python">
/* USER CODE BEGIN 2 */
printf("\r\n***************I2C Example*******************************\r\n");
for(i=0; i<256; i++)
    WriteBuffer[i]=i;    /* WriteBuffer init */
/* wrinte date to EEPROM */
if(HAL_I2C_Mem_Write(&amp;hi2c1, ADDR_24LCxx_Write, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,WriteBuffer,BufferSize, 0x10) == HAL_OK)
    printf("\r\n EEPROM 24C02 Write Test OK \r\n");
else
    printf("\r\n EEPROM 24C02 Write Test False \r\n");
 
/* read date from EEPROM */
HAL_I2C_Mem_Read(&amp;hi2c1, ADDR_24LCxx_Read, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,ReadBuffer,BufferSize, 0x10);
for(i=0; i<256; i++)
    printf("0x%02X  ",ReadBuffer[i]);

if(memcmp(WriteBuffer,ReadBuffer,BufferSize) == 0 ) /* check date */
    printf("\r\n EEPROM 24C02 Read Test OK\r\n");
else
    printf("\r\n EEPROM 24C02 Read Test False\r\n");
/* USER CODE END 2 */</syntaxhighlight>


程序中先初始化写数据缓存。然后调用HAL_I2C_Mem_Write()函数将数据写入E<sup>2</sup>PROM中。根据函数返回值判断写操作是否正确。在I2C中可以找到内存写函数说明。第一个参数为I2C操作句柄。第二个参数为E<sup>2</sup>PROM的写操作设备地址。第三个参数为内存地址，第二个参数为内存地址长度，E<sup>2</sup>PROM内存长度为8bit，第四个参数为数据缓存的起始地址，第五个参数为传输数据的大小，第六个参数为操作超时时间。



<syntaxhighlight lang="python">
/**
  * @brief  Write an amount of data in blocking mode to a specific memory address
  * @param  hi2c : Pointer to a I2C_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for the specified I2C.
  * @param  DevAddress: Target device address
  * @param  MemAddress: Internal memory address
  * @param  MemAddSize: Size of internal memory address
  * @param  pData: Pointer to data buffer
  * @param  Size: Amount of data to be sent
  * @param  Timeout: Timeout duration
  * @retval HAL status
  */  
HAL_StatusTypeDef 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)</syntaxhighlight> 

<syntaxhighlight lang="python">

<code style="font-family: Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace !important; color: black !important; font-size: 1em !important; background-color: inherit;">
</syntaxhighlight>调用HAL_I2C_Mem_Read()函数读取E<sup>2</sup>PROM中刚才写入的数据。</code>HAL_I2C_Mem_Read()函数描述如下。第一个参数为I2C操作句柄。第二个参数为E<sup>2</sup>PROM的读操作设备地址。第三个参数为内存地址，第二个参数为内存地址长度，第四个参数为读取数据存储的起始地址，第五个参数为传输数据的大小，第六个参数为操作超时时间。




<syntaxhighlight lang="python">
/**
  * @brief  Read an amount of data in blocking mode from a specific memory address
  * @param  hi2c : Pointer to a I2C_HandleTypeDef structure that contains
  *                the configuration information for the specified I2C.
  * @param  DevAddress: Target device address
  * @param  MemAddress: Internal memory address
  * @param  MemAddSize: Size of internal memory address
  * @param  pData: Pointer to data buffer
  * @param  Size: Amount of data to be sent
  * @param  Timeout: Timeout duration
  * @retval HAL status
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t 
                MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)</syntaxhighlight> 


程序最后调用memcmp()函数判断读写的两个缓存的数据是否一致。memcmp()是比较内存区域是否相等，标准库里面的函数，在main.c前面添加string.h头文件。




<syntaxhighlight lang="python">
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <string.h>
/* USER CODE END Includes */</string.h></syntaxhighlight> 
<syntaxhighlight lang="python">

</syntaxhighlight>
<syntaxhighlight lang="python">


<code style="font-family: Consolas, 'Bitstream Vera Sans Mono', 'Courier New', Courier, monospace !important; color: rgb(0, 130, 0) !important; font-size: 1em !important; background-color: inherit;">将</syntaxhighlight>AT24CXX EEPROM Board模块插入到Open746I开发板I2C1中，编译程序并下载到开发板。打开串口调试助手。设置波特率为115200。串口助手上会显示如下信息。




[[File:145027cyii0f0ek0kk6hfe.png]]


</code>