EEPROM、MCU6050和OLED显示屏外设都是通过IIC协议【半双工】进行通信。

除此之外，另一个广泛地使用在系统内多个集成电路间的通讯协议：SPI。

目录

一、IIC物理层：

二、IIC协议层

1.IIC的读写过程

1-主机写数据到从机：

2-主机由从机中读数据：

3-通讯复合格式

2.通讯的起始和停止信号

3.数据有效性

4.地址及数据方向

5.响应

三、程序

1.IIC协议底层程序

1-配置IIC宏定义

2-初始化IIC用到的GPIO口

3-IIC底层通信的基本程序

2.配置上层程序（EEPROM为例）

1-EEPROM检测函数

2-写字节程序：

3-读字节程序：

4-读多个字节程序：

5-写多个字节程序：

四、问题汇总

1.如何读取、存储16个字节的数？

2.为什么传入的数据都是地址

一、IIC物理层：

MCU就是STM32。IIC协议就是一个支持多设备的总线，“总线”指多个设备（传感器）共用的信号线，由主机发起通信。一个IIC总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线(SDA)，一条串行时钟线 (SCL)。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步。

每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，用7位的二进制数表示，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问。

总线通过上拉电阻接到电源（在STM32里面是连接到3.3V）。当IIC设备空闲时，会输出高阻态，而当所有设备都空闲，都输出高阻态时，由上拉电阻把总线拉成高电平。（在数字电路里面，3.3V是逻辑1，0V是逻辑0，高阻态相当于断路）。

设备表达逻辑0或1的方法：如果所有的设备都空闲，都在输出高阻态，那么整条总线都可以通过上拉电阻拉到3.3V，也就是逻辑1；如果只要有一个设备没有空闲，那么通过这个设备总线就会连接到GND，这根总线就会拉成0V，变成逻辑0.所以：IIC里面，逻辑0的优先级是高于逻辑1的。这就是仲裁机制。多个主机同时使用总线时，为了防止数据冲突，会利用仲裁方式决定由哪个设备占用总线。

相同的输出模式在GPIO口的应用：GPIO可以通过开漏输出模式输出高阻态，此I/O口的电压就由外界的上拉电阻拉高决定。如果我们想通过I/O口输出一个5V的电压，就可以将其设置成开漏输出模式，外接5V的上拉电阻，就可以输出5V电压。

二、IIC协议层

IIC的协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。

1.IIC的读写过程

1-主机写数据到从机：

S：主机发送起始信号

SLAVE_ADDRESS: 从机地址

A/A非：应答(ACK)或非应答(NACK)信号

应答位：返回0，应答成功；返回1，应答失败。

主机发送起始信号之后，开始对地址进行点名，收到从机应答信号之后，开始传输数据。传输数据的过程是一个字节一个字节传输的，主机传完一个字节之后，就要等待从机去应答。如果从机返回了一个非应答信号，就说明从机接收的数据已经够多了，主机就会暂停传输，产生结束信号“P”。

2-主机由从机中读数据：

此过程与前面类似。

3-通讯复合格式

IIC的读和写复合在一起进行

大体过程与前面相同。

注意：我们确定读取/写入数据的从机是EEPROM而不是OLED，是取决于SLAVE_ADDRESS的。EEPROM总共能存储256个字节，那如何确定读取/写入数据是EEPROM的哪个字节？

第一次发送起始信号，确定是EEPROM的地址之后，先写数据，得到应答之后，发送一个数据，这个数据就是EEPROM的字节。然后再次发送开始信号，换成读数据，等待应答并且返回该字节内的数据。

2.通讯的起始和停止信号

当SCL线是高电平时，SDA线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。当SCL是高电平时SDA线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。

这两个信号都是由主机产生。

3.数据有效性

IIC使用SDA信号线来传输数据，使用SCL信号线进行数据同步。 SDA数据线在SCL的每个时钟周期传输一位数据（8位数据一个字节）。

SCL为高电平的时候SDA表示的数据有效，即此时的SDA为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。当SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。

4.地址及数据方向

IIC总线上的每个设备都有自己的独立地址，主机发起通讯时，通过SDA信号线发送设备地址(SLAVE_ADDRESS)来查找从机。设备地址可以是7位或10位。紧跟设备地址的一个数据位R/W用来表示数据传输方向，数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据，该位为“0”时表示主机向从机写数据。

例如：EEPROM的地址确定：由A0、A1、A2引脚的值确定，比如A0接地，A1接3.3V.但在MINI板子上这三个引脚都接地（都是0，高4位是1010，是确定值，则地址位固定为1010 000x，x就是读/写模式位）【8位设备读地址：0XA1，写地址：0XA0】

5.响应

I2C的数据和地址传输都带响应。响应包括“应答(ACK)”和“非应答(NACK)”两种信号。每传输一个字节，都要带一个响应位。

传输时主机产生时钟，在第9个时钟时，数据发送端会释放SDA的控制权，由数据接收端控制SDA，若SDA为高电平，表示非应答信号(NACK)，低电平表示应答信号(ACK)。【主机和从机都有可能成为发送端或者接收端】

三、程序

1.IIC协议底层程序

1-配置IIC宏定义

IIC协议的初始化GPIO端口函数，和一些产生起始信号、终止信号、应答信号，读取、写入字节等。该协议适用于全部IIC协议的模块，是较底层的函数，只需要修改相应的引脚、端口、时钟即可。

#define IIC_SCL_GPIO_CLK         RCC_APB2Periph_GPIOA//时钟
#define IIC_SCL_GPIO_PORT        GPIOA               //端口
#define IIC_SCL_GPIO_PIN         GPIO_Pin_2//pin 引脚#define IIC_SDA_GPIO_CLK         RCC_APB2Periph_GPIOA//时钟
#define IIC_SDA_GPIO_PORT        GPIOA               //端口
#define IIC_SDA_GPIO_PIN         GPIO_Pin_3//pin//控制引脚电平
#define EEPROM_IIC_SDA_1()           GPIO_SetBits(IIC_SDA_GPIO_PORT,IIC_SDA_GPIO_PIN)//SDA 数据线 输出高电平
#define EEPROM_IIC_SDA_0()           GPIO_ResetBits(IIC_SDA_GPIO_PORT,IIC_SDA_GPIO_PIN)#define EEPROM_IIC_SCL_1()            GPIO_SetBits(IIC_SCL_GPIO_PORT,IIC_SCL_GPIO_PIN)//SCL 时钟线 输出高电平
#define EEPROM_IIC_SCL_0()       GPIO_ResetBits(IIC_SCL_GPIO_PORT,IIC_SCL_GPIO_PIN)//读取引脚电平
#define EEPROM_IIC_SDA_READ()  GPIO_ReadInputDataBit(IIC_SDA_GPIO_PORT,IIC_SDA_GPIO_PIN)//读取指定的输入端口引脚

2-初始化IIC用到的GPIO口

新建一个IIC通信的文件夹。IIC协议所用到的GPIO端口的初始化。EEPROM用到两个引脚：SDA和SCL其输出模式：开漏输出模式。

void IIC_GPIO_Config(void)//初始化相关的GPIO IIC-EEPROM
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;/*第一步：打开外设的时钟（RCC寄存器控制）*/RCC_APB2PeriphClockCmd(IIC_SCL_GPIO_CLK|IIC_SDA_GPIO_CLK,ENABLE);/*第二步：配置外设初始化结构体*/GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = IIC_SCL_GPIO_PIN;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD;//开漏输出GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz;/*第三步：调用外设初始化函数，把配置好的结构体成员写到寄存器里面*/GPIO_Init(IIC_SCL_GPIO_PORT,&GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = IIC_SDA_GPIO_PIN;GPIO_Init(IIC_SDA_GPIO_PORT,&GPIO_InitStruct);
}

3-IIC底层通信的基本程序

配置通讯的起始信号和终止信号，原理图见“通讯的起始和停止信号”。注意的是，要在电平升高/降低之前加一点延时，保持一段时间，因为硬件需要一些反应时间。延时函数使用原装的。

void IIC_Start(void)//产生起始信号
{EEPROM_IIC_SDA_1();EEPROM_IIC_SCL_1();i2c_Delay();//需要在这个状态下加一点延时，保持一段时间EEPROM_IIC_SDA_0();i2c_Delay();//产生起始信号EEPROM_IIC_SCL_0();i2c_Delay();
}void IIC_Stop(void)//产生停止信号
{EEPROM_IIC_SDA_0();EEPROM_IIC_SCL_1();i2c_Delay();EEPROM_IIC_SDA_1();i2c_Delay();//产生停止信号EEPROM_IIC_SCL_0();i2c_Delay();
}

配置产生应答和非应答信号程序（接收端），原理图见“响应”。在应答程序内：配置完之后SDA拉成高电平，释放控制权，供其他设备使用。接着配置等待等待应答信号，无应答返回1；应答返回0。原理图见上图黄色部分。将SDA和SCL的电平都拉高，给个延时之后判断SDA返回的是高低电平，高电平返回无应答；低电平返回应答；最后再把SCL置0.

void IIC_Ask(void)//产生应答信号
{EEPROM_IIC_SDA_0();EEPROM_IIC_SCL_1();i2c_Delay();EEPROM_IIC_SCL_0();//SCL产生时钟i2c_Delay();//产生应答信号EEPROM_IIC_SDA_1();//SDA 拉成高电平，释放控制权，供其他设备使用i2c_Delay();
}void IIC_NAsk(void)//产生非应答信号
{EEPROM_IIC_SDA_1();EEPROM_IIC_SCL_1();i2c_Delay();EEPROM_IIC_SCL_0();//SCL产生时钟i2c_Delay();//产生非应答信号
}uint8_t IIC_Wait_Ask()//等待应答信号 无应答：1 应答：0
{uint8_t reply;EEPROM_IIC_SDA_1();//释放控制权EEPROM_IIC_SCL_1();i2c_Delay();if(EEPROM_IIC_SDA_READ() == 1){reply = 1;}else {reply = 0;}EEPROM_IIC_SCL_0();i2c_Delay();return reply;
}

配置写入一个字节的函数，通过for循环将数据一位一位传输过去，0X80:1000 0000，让要写入的数据一位一位的与0X80相与，直到整个数据都与其相与完毕。写入1的话返回1，写入0的话返回0。传输完之后，释放SDA控制权。

void IIC_Write_byte(uint8_t data)//写入一个字节
{uint8_t i;for(i=0;i<8;i++){if(data & 0x80)//0X80:1000 0000 让要写入的数据一位一位的与 0X80 相与{              //下面的 data <<= 1;直到整个数据都与其相与完毕。EEPROM_IIC_SDA_1();//相与：写入1的话返回1，写入0的话返回0}else {EEPROM_IIC_SDA_0();}i2c_Delay();EEPROM_IIC_SCL_1();i2c_Delay();EEPROM_IIC_SCL_0();//SCL产生时钟i2c_Delay();if(i == 7){EEPROM_IIC_SDA_1();//释放控制权}data <<= 1;}
}

配置读取一个字节的函数，用temp暂存读取的数据，通过for循环全部读取。

uint8_t  IIC_Read_byte()//读取一个字节
{uint8_t i,temp=0;for(i=0;i<8;i++){temp <<= 1;EEPROM_IIC_SCL_1();i2c_Delay();if(EEPROM_IIC_SDA_READ() == 1){temp += 1;}//如果读取的数为1，就加进去；如果是0，就不操作EEPROM_IIC_SCL_0();//SCL产生时钟i2c_Delay();}return temp;
}

官方给的延时程序：

static void i2c_Delay(void)//官方给的延时程序
{uint8_t i;/*　下面的时间是通过逻辑分析仪测试得到的。工作条件：CPU主频72MHz ，MDK编译环境，1级优化循环次数为10时，SCL频率 = 205KHz 循环次数为7时，SCL频率 = 347KHz， SCL高电平时间1.5us，SCL低电平时间2.87us 循环次数为5时，SCL频率 = 421KHz， SCL高电平时间1.25us，SCL低电平时间2.375us */for (i = 0; i < 10; i++);
}

2.配置上层程序（EEPROM为例）

建立一个新的文件夹，存放上层的设备程序。

1-EEPROM检测函数

首先是EEPROM的检测函数，检测其是否存在。注意：如果是读模式下，还要我们自己给EEPROM返回一个非应答信号才能停止。

//返回值为1：连接失败；返回值为0：连接正常
uint8_t EEPROM_check_device(uint8_t addr)//检测EEPROM是否存在
{uint8_t result;IIC_Start();//发送起始信号IIC_Write_byte(addr);//发送 EEPROM 设备地址/*这个与写入一个字节的程序一样，因为 EEPROM 自己知道发送完起始信号之后，下一个写入的就是设备地址*/if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号{result = 1; }//表示EEPROM不存在，无应答else{result = 0;}       //表示EEPROM存在IIC_NAsk();//如果是读模式下，还要我们自己给EEPROM返回一个非应答信号才能停止IIC_Stop();return result;
}

写完后在主函数内进行判断，把EEPROM的设备地址传输过去，看能否检测得到，检测的结果通过串口返回回来。

2-写字节程序：

如果检测的没有问题，就往EEPROM里面写入一个字节。先发送起始信号，发送EEPROM（写）的设备地址；检查响应信号，如果EEPROM应答，发送要写入的EEPROM的存储单元格地址（这个是根据具体的设备确定，有的设备不需要发送存储单元格地址，只要发送设备地址就可以写数据，但EEPROM要写）；

WORD ADDRESS：往EEPROM里面的哪个存储空间写入字节。

DATA：写入的内容

再次检测响应信号，应答之后向EEPROM写入数据。写完之后再次检测响应信号，如果没有检测到响应信号（包括前面），就让他们停止并且返回0【goto 语句】。

由于EEPROM是有内部时序的，我们有时候需要连续调用写函数向EEPROM存储数据，所以我们要等待EEPROM内部时序完成之后再进行操作，所以我们写一个等待函数，放在起始信号之前和终止信号之后。这样就可以完成连续调用。

//返回值为1：等待超时；返回值为0：正常
uint8_t EEPROM_wait(void)//等待EEPROM内部时序完成
{uint16_t cycle = 0;while(EEPROM_check_device(EEPROM_ADDR | EEPROM_WRITE_DIR))//EEPROM无应答{cycle++;if(cycle>=10000) return 1;//等待超时}return 0;//完成等待
}//返回值为1：写入正常；返回值为0：写入错误
uint8_t EEPROM_write_byte(uint8_t w_addr,uint8_t data)//往EEPROM里面写入一个字节
{            //w_addr：EEPROM 内存储单元格的地址(0-256)，data：写入的数据if(EEPROM_wait() == 1) goto xiangying_w_fail;//超时IIC_Start();//发送起始信号IIC_Write_byte(EEPROM_ADDR | EEPROM_WRITE_DIR);//发送 EEPROM 设备地址/*这个与写入一个字节的程序一样，因为 EEPROM 自己知道发送完起始信号之后，下一个写入的就是设备地址*/if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号goto xiangying_w_fail;//表示EEPROM不存在，无应答else {IIC_Write_byte(w_addr);//发送要写入的 EEPROM的存储单元格地址if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号goto xiangying_w_fail;else IIC_Write_byte(data);//向 EEPROM写入数据if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号goto xiangying_w_fail;else {}}IIC_Stop();if(EEPROM_wait() == 1) goto xiangying_w_fail;//超时return 1;xiangying_w_fail:IIC_Stop();return 0;
}

在写完写字节函数之后，可以在主函数内部加以判断，通过串口返回存储是否正确。

3-读字节程序：

注意的是，第一次发送的设备地址仍然是写模式下的地址；然后检测响应信号，发送要读出的EEPROM的存储单元格地址；再检测响应信号，发送第二次起始信号和第二次设备地址：读方向；再次检测响应信号，读出数据。

等待函数，只放在起始信号之前即可。

//返回值为1：读取正常；返回值为0：读取错误
uint8_t EEPROM_read_byte(uint8_t r_addr,uint8_t *data)//从EEPROM里面读取一个字节
{/*r_addr：读EEPROM 哪个内存储单元格的地址(0-256)，*data：读取到的数据存储到指针里面data是数值，*data是地址C语言要把一个函数内的数据传输给外面的变量，必须通过指针进行值传递    */if(EEPROM_wait() == 1) goto xiangying_r_fail;//超时IIC_Start(); //发送第一次起始信号IIC_Write_byte(EEPROM_ADDR | EEPROM_WRITE_DIR);//发送第一次设备地址：写方向if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号goto xiangying_r_fail;//表示EEPROM不存在，无应答else {IIC_Write_byte(r_addr);//发送要读出的 EEPROM的存储单元格地址if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号goto xiangying_r_fail;else {IIC_Start(); //发送第二次起始信号IIC_Write_byte(EEPROM_ADDR | EEPROM_READ_DIR);//发送第二次设备地址：读方向if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号goto xiangying_r_fail;else {*data = IIC_Read_byte();             }}  }IIC_NAsk();IIC_Stop(); return 1;xiangying_r_fail:IIC_NAsk();IIC_Stop();return 0;
}

4-读多个字节程序：

每读一个字节之后，发送一个应答信号；发送完之后，发送一个非应答信号即可。

//返回值为1：读取正常；返回值为0：读取错误
uint8_t EEPROM_read_bytes(uint8_t r_addr,uint8_t *data,uint16_t size)//从EEPROM里面读取n个字节
{/*r_addr：读EEPROM 哪个内存储单元格的地址(0-256)，*data：读取到的数据存储到指针里面size：要读取多少个字节data是数值，*data是地址C语言要把一个函数内的数据传输给外面的变量，必须通过指针进行值传递    */if(EEPROM_wait() == 1) goto xiangying_r_fail;//超时IIC_Start(); //发送第一次起始信号IIC_Write_byte(EEPROM_ADDR | EEPROM_WRITE_DIR);//发送第一次设备地址：写方向if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号goto xiangying_r_fail;//表示EEPROM不存在，无应答else {IIC_Write_byte(r_addr);//发送要读出的 EEPROM的存储单元格地址if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号goto xiangying_r_fail;else {IIC_Start(); //发送第二次起始信号IIC_Write_byte(EEPROM_ADDR | EEPROM_READ_DIR);//发送第二次设备地址：读方向if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号goto xiangying_r_fail;else {uint16_t i;for(i=0;i<size;i++){*data = IIC_Read_byte();        if(i == size - 1) IIC_NAsk();//数据接收够了 else IIC_Ask();data++;//指针指向下一个数据}}}  }IIC_Stop();    return 1;xiangying_r_fail:IIC_NAsk();IIC_Stop();return 0;
}

5-写多个字节程序：

一次性最多写入8个字节，每8个字节为1页，我们可以分页写入。

三个形参：w_addr：EEPROM 内存储单元格的地址(0-256)；

data：写入的数据；         size：要写入多少个字节

用for循环，采用地址对齐的方法，每8个字节（0-7）一页，在每一页的开头发送起始信号。在发送起始信号之前：每写完一页的结束，先发送一次stop信号，结束前面的写入操作，如果是第一次写入也不影响，因为后面有等待EEPROM内部时序完成的程序。

在第一页或者每写完8个字节都要走一遍发送终止、起始信号发送EEPROM设备地址，发送要写入的EEPROM的存储单元格地址。

全部输入完成之后，再发送总的停止信号，等待EEPROM内部时序完成。

//返回值为1：写入正常；返回值为0：写入错误
uint8_t EEPROM_write_bytes(uint8_t w_addr,uint8_t *data,uint16_t size)//往EEPROM里面写入一个字节
{/*w_addr：EEPROM 内存储单元格的地址(0-256)，data：写入的数据size：要写入多少个字节*/uint16_t i;for(i=0;i<size;i++){if(i == 0 || w_addr%8 == 0)//第一次或者每八次，i是从0-7的//采用地址对齐的方法，每8个字节（0-7）一页，在每一页的开头发送起始信号{/*每写完一页的结束，先发送一次stop信号，结束前面的写入操作如果是第一次写入也不影响，因为后面有等待EEPROM内部时序完成的程序*/IIC_Stop();if(EEPROM_wait() == 1) goto xiangying_w_fail;//超时IIC_Start();//发送起始信号IIC_Write_byte(EEPROM_ADDR | EEPROM_WRITE_DIR);//发送 EEPROM 设备地址/*这个与写入一个字节的程序一样，因为 EEPROM 自己知道发送完起始信号之后，下一个写入的就是设备地址*/if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号goto xiangying_w_fail;//表示EEPROM不存在，无应答else {IIC_Write_byte(w_addr);//发送要写入的 EEPROM的存储单元格地址if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号goto xiangying_w_fail;}}//在第一页或者每写完8个字节都要走一遍上面的程序IIC_Write_byte(*data);//向 EEPROM写入数据，一个字节一个字节的输入if(IIC_Wait_Ask())//检测响应信号goto xiangying_w_fail;data++;w_addr++;}/*全部输入完成之后*/IIC_Stop();if(EEPROM_wait() == 1) goto xiangying_w_fail;//超时 作用：等待EEPROM完成内部时序return 1;xiangying_w_fail:IIC_Stop();return 0;
}

注意：写入和读出数据传递的形参都是地址（原因后面介绍）

四、问题汇总

1.如何读取、存储16个字节的数？

把数据的指针写入进去，要占两个存储空间（一个存储空间能存8个字节），所以在传递指针的时候，我们要强制转换为8位的指针。读出数据的时候用数组的方式，将两位分开读。

写入：ABCD，输出结果：

r_temp0 = cd,r_temp1 = ab;

输出顺序与输入顺序相反原因：16进制的数一般左边为高位，右边为低位。STM32是小端模式，是指数据的高字节保存在内存的高地址中，而数据的低字节保存在内存的低地址中。AB是高位，在temp1中。

然后我们再将其合并输出，将其转换为16位指针输出

printf("temp = %x",*(uint16_t *)r_temp);

2.为什么传入的数据都是地址

用指针把要写入的数据进行强制转换，一个字节一个字节地去读取数据的原始值（内部操作），然后通过write函数写进去。

读回来的时候也一样，先把原始值从EEPROM中读出来：

使用指针的方式把原始值强制转换为想要的数据类型

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