STM32模拟I2C时序读写EEPROM精简版

平台：STM32ZET6（核心板）+ST-LINK/V2+SD卡+USB串口线+外部EEPROM（不需要上拉电阻）

工程介绍：主要文件在USER组中，bsp_i2c_ee.c，bsp_i2c_ee.h，bsp_eeprom.c，bsp_eeprom.h和main.c，其中bsp_i2c_ee.c中主要时基本的模拟I2C时序，而bsp_eeprom.c中主要利用前一个文件中定义的基本操作，进行EEPROM的读写操作。其他类似I2C时序的协议，均可以保留bsp_i2c_ee.c的基础上添加新的内容。本文有些内容借鉴了其他网友的总结，在此表示感谢。

1.硬件部分：电路连接较为简单，笔者在淘宝上买的24C02N主要有四根线，两根电源线，一根SCL和一根SDA。这里我们把SCL和SDA连接到B端口的6和7引脚。如上图所示，如果需要改变引脚设置，只需要更改宏即可。

MCU和EEPROM连接好之后就像下图所示，MCU作为主机，EEPROM作为从机，从机地址不可以重复，由于STM32ZET6（核心板）上提供了上拉输入功能，我们可以很方便的将EEPROM模块的SCL和SDA直接连接到PB6和PB7上。

2.软件部分：

关键在于 I2C时序的模拟，主要模拟的是起始信号，终止信号，应答信号，非应答信号，等待接收应答信号，发送一个字节，读取一个字节。

这些工作分别由以下函数模拟产生。

int I2C_Start(void);
void I2C_Stop(void);
void I2C_Ack();
void I2C_NoAck();
uint8_t I2C_GetAck(void);
void I2C_SendByte(uint8_t Data);
uint8_t I2C_ReadByte(uint8_t ack);

2.1 起始信号和终止信号

如图所示，当SCL（SCLK）为高电平，SDA（SDI）从高电平到低电平跳变，作为起始信号。反映在程序上，如下：

int I2C_Start(void)
{I2C_SDA_OUT(); //配置SDA为推挽输出SDA_H;SCL_H;//高电平有效I2C_delay();//延时//查看此时SDA是否就绪（高电平）if(!SDA_read){printf("\r\nSDA线为低电平，总线忙，退出\r\n");return DISABLE;//SDA总线忙，退出}//制造一个下降沿，下降沿是开始的标志SDA_L;I2C_delay();//查看此时SDA已经变为低电平if(SDA_read){printf("\r\nSDA线为高电平，总线出错，退出\r\n");return DISABLE;//SDA总线忙，退出}SCL_L;return ENABLE;
}

当SCL（SCLK）为高电平，SDA（SDI）从低电平到高电平跳变，作为终止信号。反映在程序上，如下：

void I2C_Stop(void)
{I2C_SDA_OUT(); //配置SDA为推挽输出SCL_L;//制造一个上升沿，上升沿是结束的标志SDA_L;  SCL_H;//高电平有效I2C_delay();//延时SDA_H;I2C_delay();
}

2.2 应答和非应答信号

//主机的应答信号,主机把第九位置高，从机将其拉低表示应答
static void I2C_Ack()
{SCL_L;I2C_SDA_OUT();   //配置SDA为推挽输出SDA_L;//置低I2C_delay();   //注意延时时间应该大于4微秒，其他位置也是如此SCL_H;I2C_delay();SCL_L;
}//主机的非应答信号,从机把第九位置高，主机将其拉低表示非应答
static void I2C_NoAck()
{SCL_L;I2C_SDA_OUT();   //配置SDA为推挽输出I2C_delay();SDA_H;//置高I2C_delay();SCL_H;I2C_delay();SCL_L;
}
//注意延时时间应该大于4微秒，其他位置也是如此SCL_H;I2C_delay();SCL_L;
}//主机的非应答信号,从机把第九位置高，主机将其拉低表示非应答
static void I2C_NoAck()
{SCL_L;I2C_SDA_OUT();   //配置SDA为推挽输出I2C_delay();SDA_H;//置高I2C_delay();SCL_H;I2C_delay();SCL_L;
}

2.3 应答位的接收

uint8_t I2C_GetAck(void)
{uint8_t time = 0;I2C_SDA_IN();    //配置SDA为上拉输入SDA_H;I2C_delay();SCL_H;I2C_delay();while(SDA_read)//从机未应答，若应答，会拉低第九位{time++;if(time > 250){//不应答时不可以发出终止信号，否则，复合读写模式下不可以进行第二阶段//SCCB_Stop();SCL_L;return DISABLE;}}SCL_L;return ENABLE;
}

2.4 读一个字节和写一个字节

//I2C写一个字节
void I2C_SendByte(uint8_t Data)
{uint8_t cnt;I2C_SDA_OUT(); //配置SDA为推挽输出for(cnt=0; cnt<8; cnt++){SCL_L;                                 //SCL低(SCL低时，变化SDA)I2C_delay();if(Data & 0x80){SDA_H;                              //SDA高，从最低位开始写起}else{SDA_L;                               //SDA低}Data <<= 1;SCL_H;                                //SCL高(发送数据)I2C_delay();}SCL_L;                                   //SCL低(等待应答信号)I2C_delay();
}//I2C读取一个字节
uint8_t I2C_ReadByte(uint8_t ack)
{uint8_t cnt;uint8_t data;I2C_SDA_IN(); //配置SDA为上拉输入for(cnt=0; cnt<8; cnt++){SCL_L;                                 //SCL低I2C_delay();SCL_H;                                //SCL高(读取数据)data <<= 1;if(SDA_read){data |= 0x01;                              //SDA高(数据有效)}I2C_delay();}//发送应答信号，为低代表应答，高代表非应答if(ack == 1){I2C_NoAck();}else{I2C_Ack();}return data;                                   //返回数据
}

2.5 GPIO的初始化，以及SDA的输入输出模式的重新配置

前面我们注意到，当在应答位的接收，以及读取一个字节的信息时，SDA需要被设置为输入模式，读取从机（EEPROM）发送来的数据。

//GPIO配置函数
void I2C_GPIO_Configuration(void)
{GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_I2C_SCL;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  //推挽输出GPIO_Init(PORT_I2C_SCL, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_I2C_SDA;GPIO_Init(PORT_I2C_SDA, &GPIO_InitStructure);
}//重新设置SDA为上拉输入模式
void I2C_SDA_IN()
{GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_I2C_SDA;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;  //上拉输入，使得板外部不需要接上拉电阻GPIO_Init(PORT_I2C_SDA, &GPIO_InitStructure);
}//重新设置SDA为推挽输出模式
void I2C_SDA_OUT()
{GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = PIN_I2C_SDA;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;  //推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;         //IO口速度为50MHzGPIO_Init(PORT_I2C_SDA, &GPIO_InitStructure);
}
//I2C初始化
void I2C_Initializes(void)
{I2C_GPIO_Configuration();SCL_H;                                  //置位状态SDA_H;
}

2.6 与EEPROM相关的宏定义

#define EEPROM_DEV_ADDR           0xA0           //地址(设备地址)
#define EEPROM_WR                 0x00                     //写
#define EEPROM_RD                 0x01                     //读

2.7 调用之前定义好的I2C时序模拟函数，完成EEPROM的读写一个字节操作。（借鉴于他人）

//写入一个字节
int EEPROM_WriteByte(uint16_t Addr, uint8_t Data)
{/* 1.开始 */I2C_Start();/* 2.设备地址/写 */I2C_SendByte(EEPROM_DEV_ADDR | EEPROM_WR);//读取应答位if(!I2C_GetAck()){printf("\r\n发送设备地址时非应答！\r\n");I2C_Stop();return DISABLE;}/* 3.数据地址 */#if (8 == EEPROM_WORD_ADDR_SIZE)I2C_SendByte((uint8_t)(Addr&0x00FF));         //数据地址(8位)#elseI2C_SendByte((uint8_t)(Addr>>8));             //数据地址(16位)I2C_SendByte((uint8_t)(Addr&0x00FF));#endifI2C_GetAck();//不需要判断应答位的状况/* 4.写一字节数据 */I2C_SendByte(Data);/* 5.停止 */I2C_Stop();
}//读取一个字节
int EEPROM_ReadByte(uint16_t Addr, uint8_t *Data)
{/* 1.开始 */I2C_Start();/* 2.设备地址/写 */I2C_SendByte(EEPROM_DEV_ADDR | EEPROM_WR);//读取应答位if(!I2C_GetAck()){printf("\r\n读一串数据的两相写阶段非应答！\r\n");I2C_Stop();return DISABLE;}/* 3.数据地址 */#if (8 == EEPROM_WORD_ADDR_SIZE)I2C_SendByte((uint8_t)(Addr&0x00FF));         //数据地址(8位)#elseI2C_SendByte((uint8_t)(Addr>>8));             //数据地址(16位)I2C_SendByte((uint8_t)(Addr&0x00FF));#endif/* 4.重新开始 */I2C_Start();/* 5.设备地址/读 */I2C_SendByte(EEPROM_DEV_ADDR | EEPROM_RD);//读取应答位if(!I2C_GetAck()){printf("\r\n读一串数据的两相读阶段非应答！\r\n");I2C_Stop();return DISABLE;}/* 6.读一字节数据 */*Data = I2C_ReadByte(I2C_NOACK);               //只读取1字节(产生非应答)/* 7.停止 */I2C_Stop();
}

2.8 重复调用读写一个字节函数，实现同时读写多个字节的数据。

//写入多个字节
void EEPROM_WriteNByte(uint16_t Addr, uint8_t *pData, uint16_t Length)
{uint16_t i;//每写一个字节，调用一次EEPROM_WriteBytefor(i=0;i<Length;i++){//写入数据EEPROM_WriteByte(Addr, *pData);Addr++;pData++;//延时Delay_us(10000);}
}//读取多个字节
void EEPROM_ReadNByte(uint16_t Addr, uint8_t *pData, uint16_t Length)
{uint16_t i;//每写一个字节，调用一次EEPROM_ReadBytefor(i=0;i<Length;i++){//写入数据EEPROM_ReadByte(Addr, pData);Addr++;pData++;//延时Delay_us(10000);}
}

2.9 测试读写功能

#define EEPROM_BUF_LEN            64            //测试BUF长度
void System_Initializes(void)
{//定时器配置SysTick_Init();//串口配置USART_Config();//I2C配置I2C_Initializes();
}
int main(void)
{uint8_t  cnt;uint8_t  line = 0;uint8_t  w_buf[EEPROM_BUF_LEN];uint8_t  r_buf[EEPROM_BUF_LEN];System_Initializes();/* 填充缓冲区 */for(cnt=0; cnt<EEPROM_BUF_LEN; cnt++){w_buf[cnt] = cnt;}printf("************************I2C协议读写EEPROM实验*********************\r\n");//打印读取的内容for(cnt=0; cnt<EEPROM_BUF_LEN; cnt++){printf("w_buf[%d] = %d\t", cnt, w_buf[cnt]);line++;if(line >= 4){printf("\r\n");line = 0;}}//0地址连续写EEPROM_BUF_LEN节数据EEPROM_WriteNByte(0, w_buf, EEPROM_BUF_LEN);Delay_us(100000);//0地址连续读EEPROM_BUF_LEN节数据,并打印EEPROM_ReadNByte(0, r_buf, EEPROM_BUF_LEN);//打印读取的内容for(cnt=0; cnt<EEPROM_BUF_LEN; cnt++){printf("r_buf[%d] = %d\t", cnt, r_buf[cnt]);line++;if(line >= 4){printf("\r\n");line = 0;}}
}

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