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STM32硬件I2C与软件模拟I2C超详解

2022-05-26 16:08 · 头闻号编程技术

目录

一.I2C协议简介

I2C 通讯协议(Inter－Integrated Circuit)是由 Phiilps 公司开发的，由于它引脚少，硬件实现简单，可扩展性强，不需要 USART、CAN 等通讯协议的外部收发设备（那些电平转化芯片），现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。

I2C只有一跟数据总线 SDA(Serial Data Line)，串行数据总线，只能一位一位的发送数据，属于串行通信，采用半双工通信

对于I2C通讯协议把它分为物理层和协议层物理层规定通讯系统中具有机械、电子功能部分的特性（硬件部分），确保原始数据在物理媒体的传输。协议层主要规定通讯逻辑，统一收发双方的数据打包、解包标准（软件层面）。

二.I2C物理层

I2C 通讯设备之间的常用连接方式

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(1) 它是一个支持设备的总线。“总线”指多个设备共用的信号线。在一个 I2C 通讯总线中，可连接多个 I2C 通讯设备，支持多个通讯主机及多个通讯从机。

(2) 一个 I2C 总线只使用两条总线线路，一条双向串行数据线SDA（Serial Data Line ），一条串行时钟线SCL（Serial Data Line ）。数据线即用来表示数据，时钟线用于数据收发同步

(3) 总线通过上拉电阻接到电源。当 I2C 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。

什么是普通的开漏输出详情请参考–》GPIO端口的八种工作模式
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开漏输出PMOS不工作
1.当输出寄存器输出高电平，引脚输出高阻态相当于（开路），假设该引脚接到I2C的SDA总线上，则总线被默认拉成高电平。
2.当输出寄存器输出低电平，引脚输出低电平。
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复用功能开漏输出

复用功能模式中，输出使能，输出速度可配置，可工作在开漏模式， 但是输出信号源于其它外设（来自I2C外设），输出数据寄存器 GPIOx_ODR 无效；输入可用，可以通过输入数据寄存器可获取 I/O 实际状态，但一般直接用外设的寄存器来获取该数据信号

这里SMT32，I2C外设的两个引脚SDA,SCL就要配置成复用功能的开漏输出模式，输出信号源于I2C外设。

为什么引脚要设置成开漏模式
以及为什么两根总线要上拉电阻接高电平，总线默认情况是高电平，详情看下图。
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为什么要设备空闲的时候SDA与SCL引脚要输出高阻态（相当于断开与SDA与SCL总线的连接），根本目的就是为了不干扰其他正在通信的设备。

(4) 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，也就是设备在发送数据之前会检测I2C总线是否忙碌（忙碌总线应该为低电平）。

(5）I2C 具有三种传输模式：标准模式传输速率为 100kbit/s ，快速模式为 400kbit/s ，高速模式下可达 3.4Mbit/s，但目前大多 I2C 设备尚不支持高速模式。

每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以利用这个地址进行不同设备之间的访问的，地址也是一个数据，主机可以同过SDA发送这个地址出去，则挂载在总线上的设备会自行匹配，匹配成功之后就可以互相通信了

三.I2C协议层

STM32即可以作为主机，也可以做为从机，我主要介绍STM32作为主机如何进行读写数据。
I2C规定通信时的时钟，起始信号，停止信号只能由主机产生

下面以STM32做为主机，EEPROM存储器作为从机举例

I2C 基本读写过程

其中 S 表示由主机的 I2C 接口产生的传输起始信号(S)，这时连接到 I2C 总线上的所有从机都会接收到这个信号。起始信号产生后，所有从机就开始等待主机紧接下来 广播(由SDA线传输数据)
从机地址(SLAVE_ADDRESS)。在 I2C 总线上，每个设备的地址都是唯一的，当主机广播的地址与某个设备地址相同时，这个设备就被选中了，没被选中的设备将会忽略之后的数据信号(引脚输出高阻态与两根总线断开连接)。

根据 I2C 协议，这个从机地址可以是 7 位或 10 位，从机接收到匹配的地址后，主机或从机会返回一个应答(ACK)或非应答(NACK)信号，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。

在地址位之后，是传输方向的选择位，表示后面的数据传输方向
该位为 0 时：主机向从机写数据。
该位为 1 时：主机由从机读数据。

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记住，数据接收方要产生应答信号（代表我还要数据）或非应答信号（我不要要数据了），不一定就是主机或从机某一个产生。

1.空闲状态

I2C总线的SDA和SCL两条信号线同时处于高电时，则为总线空闲状态，所有挂载在总线上的设备都输出高阻态（相当于断开与总线的连接），两条总线被上拉电阻的把电平拉高。

2.起始信号与停止信号

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起始信号：当SCL 线在高电平期间 SDA 线从高电平向低电平切换。
停止信号：当SCL线在高电平期间 SDA 线由低电平向高电平切换。

注意：
起始信号和停止信号是在SCL 是高电平期间，SDA线电平切换的过程，而不是单纯的高低电平。

起始和停止信号只能由主机产生。

3.数据有效性

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SDA数据线在 SCL 的每个时钟周期(时钟脉冲)传输一位数据。

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数据和地址按8位/字节进行传输，先传输数据的高位，每次传输的字节数不受限制。

4.地址及数据方向

I2C 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。I2C 协议规定设备地址可以是 7 位或 10 位，实际中 7 位的地址应用比较广泛。紧跟设备地址的一个数据位用来表示数据传输方向，第 8 位或第 11 位。

读数据方向时，主机会释放对 SDA 信号线的控制，由从机控制 SDA 信号线（向主机发送数据），主机接收信号，写数据方向时，SDA 由主机控制（向从机发送数据），从机接收信号。

5.应答与非应答信号

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。作为数据接收端时，当数据接收端(无论主从机)接收到 I2C 传输的一个字节数据或地址后，若希望对方继续发送数据，则需要向对方发送“应答(ACK)”信号，发送方会继续发送下一个数据；若接收端希望结束数据传输，则向对方发送“非应答(NACK)”信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。

在一个字节传输的8个时钟后的第9个时钟期间，接收器必须回送一个应答位(ACK)或者是非应答位(NACK)给发送器。
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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，给发送端传输应答或非应答信号

为什么数据发送端要释放 SDA 的控制权（将SDA总线置为高电平）
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四.硬件I2C

在讲硬件I2C之前不得不吐槽一下这个硬件I2C外设，有时候就突然会卡在某个事件的检测，需要关闭电源重新启动才有用，不过虽然可能硬件I2C可能会有问题，可能以后不一定用的到但是我们主要是学习如何用硬件实现I2C协议，对我们以后学别的协议肯定会有帮助。

硬件 I2C 直接使用外设来控制引脚，可以减轻 CPU 的负担。不过使用硬件I2C 时必须使用某些固定的引脚作为 SCL 和 SDA，软件模拟 I2C 则可以使用任意 GPIO 引脚，相对比较灵活。

I2C外设功能框图（重点）

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1.通信引脚

STM32中有两个I2C外设，硬件I2C必须要使用这些引脚，因为这些引脚才连接到I2C引脚，就比如说PB6与PB7引脚就连接到芯片内部的I2C1外设。

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就拿正点原子的STM32mini版为例，主机（stm32）使用PB6,PB7作为SCL与SDA引脚，但是PB6,PB7并没有连接到我们要通信的EEPROM的SCL，SDA引脚组成I2C总线，而是PC12与PC11连接到了EEPROM的SCL，SDA引脚，所以我们要把PB6与PB7引脚用杜邦线连接到PC12与PC11，这样就间接将PB6，PB7连接到EEPROM的SCL,SDA引脚上，组成I2C总线。

这一步十分重要，如果你用的I2C1外设与EEPROM通信而没有把PB6，PB7连接到EEPROM的SCL，SDA引脚上不然你代码写出花来都没有用。
原理图：
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实物图：
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2.时钟控制逻辑

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时钟控制寄存器
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这里解释一下为什么是用Tpclk1,因为I2C1外设是挂载在APB1总线上的
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这里只是演示一下这么计算寄存器写入的值，用库函数我们只要配置好相应寄存器的参数，库函数会帮我计算自动写入的，不要慌。

3.数据控制逻辑

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然后通过CPU或DMA向数据寄存器写入或者读出数据(一般保存在一个数组当中)。

数据寄存器DR
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自身地址寄存器1
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4.整体控制逻辑

这里挑一些重点的寄存器位，我们只需配置好寄存器就可以让I2C外设硬件逻辑自动控制SDA，SCL总线去产生I2C协议的时序如：起始信号、应答信号、停止信号等等
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接下来就是了解的知识：

在一个地址或数据字节传输期间，当I2C接口检测到一个外部的停止或起始条件则产生总线错误。此时：

● BERR位被置位为’1’；如果设置了ITERREN位，则产生一个中断；
● 在从模式情况下，数据被丢弃，硬件释放总线：
─ 如果是错误的开始条件，从设备认为是一个重启动，并等待地址或停止条件。
─ 如果是错误的停止条件，从设备按正常的停止条件操作，同时硬件释放总线。
● 在主模式情况下，硬件不释放总线，同时不影响当前的传输状态。此时由软件决定是否要中止当前的传输
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主机模式与从机模式
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当STM32检测到一个无应答位时，产生应答错误。此时：

● AF位被置位，如果设置了ITERREN位，则产生一个中断；
● 当发送器接收到一个NACK时，必须复位通讯：
─ 如果是处于从模式，硬件释放总线。
─ 如果是处于主模式，软件必须生成一个停止条件。
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在从模式下，如果禁止时钟延长，I2C接口正在接收数据时，当它已经接收到一个字节(RxNE=1)，但在DR寄存器中前一个字节数据还没有被读出，则发生过载错误。此时：
● 最后接收的数据被丢弃；
● 在过载错误时，软件应清除RxNE位，发送器应该重新发送最后一次发送的字节。

在从模式下，如果禁止时钟延长，I2C接口正在发送数据时，在下一个字节的时钟到达之前，新的数据还未写入DR寄存器(TxE=1)，则发生欠载错误。此时：
● 在DR寄存器中的前一个字节将被重复发出；
● 用户应该确定在发生欠载错时，接收端应丢弃重复接收到的数据。发送端应按I2C总线标准在规定的时间更新DR寄存器。
在发送第一个字节时，必须在清除ADDR之后并且第一个SCL上升沿之前写入DR寄存器；如果不能做到这点，则接收方应该丢弃第一个数据

STM32做为从机时写入数据和读出数据时应该连续，取个例子主机要10个字节的数据而你只发5个字节此时就发生欠载错误：在下一个字节的时钟到达之前，新的数据还未写入DR寄存器

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5.STM32的I2C外设通信过程（超级重要）

I2C模式选择：
接口可以下述4种模式中的一种运行：
● 从发送器模式
● 从接收器模式
● 主发送器模式
● 主接收器模式
该模块默认地工作于从模式。接口在生成起始条件后自动地从从模式切换到主模式；当仲裁丢失或产生停止信号时，则从主模式切换到从模式。允许多主机功能。

这里我主要将STM32做为主机通信

I2C主模式：
默认情况下，I2C接口总是工作在从模式。从从模式切换到主模式，需要产生一个起始条件。

在主模式时，I2C接口启动数据传输并产生时钟信号。串行数据传输总是以起始条件开始并以停止条件结束。当通过START位在总线上产生了起始条件，设备就进入了主模式。

主发送器

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起始条件当BUSY=0时，设置START=1，I2C接口将产生一个开始条件并切换至主模式(M/SL位置位)
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一旦发出开始条件，我们需要检测SB是否置1，判断是否成功发送起始信号

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● SB位被硬件置位，如果设置了ITEVFEN位，则会产生一个中断。
然后主设备等待读SR1寄存器，紧跟着将从地址写入DR寄存器

从机地址的发送

● 在7位地址模式时，只需送出一个地址字节。
一旦该地址字节被送出，
─ ADDR位被硬件置位，如果设置了ITEVFEN位，则产生一个中断。
随后主设备等待一次读SR1寄存器，跟着读SR2寄存器。

根据送出从地址的最低位，主设备决定进入发送器模式还是进入接收器模式
● 在7位地址模式时，
─ 要进入发送器模式，主设备发送从地址时置最低位为’0’。
─ 要进入接收器模式，主设备发送从地址时置最低位为’1’
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从机地址发送完成从机应答之后检测EV6事件：
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确保从机应答，之后才传输下一个数据，如果你不检测万一地址发送失败或者从机无应答，直接就开始传输数据那传给谁？？

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在DR寄存器中写入最后一个字节后，通过设置STOP位产生一个停止条件，然后I2C接口将自动回到从模式(M/S位清除)。

主接收器

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因为虽然STM32做为接收器，但是STM32是主机，起始信号与发送从机地址都是必须由主机干的活，所以前面EV5，EV6，EV6_1事件与主接收器是一模一样

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接收数据之前，判断数据寄存器是否有数据，也就数据寄存器非空(RNXE)，CPU就可以读取数据寄存器中的数据啦。

这里产生一个NACK其实就是清除ACK位，将ACK位置0，后面接收的一个字节不在产生应答就是非应答咯
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然后主机产生停止信号
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然后通过判断EV7事件，CPU向数据寄存器读取最后一个字节数据

硬件I2C写代码必须熟练掌握和理解主发送器和主接收器的过程，只要你理解了写代码还不是信手拈来，简简单单，然后写代码你会发送就是上面的过程一模一样

6.I2C初始化结构体

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设置I2C的传输速率，我们写入的这个参数值不得高于400KHz。
在调用初始化函数时，函数会根据我们输入的数值，以及后面输入的占空比参数，经过运算后把时钟因子写入到I2C的时钟控制寄存器CCR。

CCR寄存器不能写入小数类型的时钟因子，影响到SCL的实际频率可能会低于本成员设置的参数值，这时除了通讯稍慢一点以外，不会对I2C的标准通讯造成其它影响。

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初始化函数
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选择I2C的使用方式，有I2C模式(I2C_Mode_I2C )和SMBus主、从模式(I2C_Mode_SMBusHost、 I2C_Mode_SMBusDevice ) 。
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设置I 2 C的SCL线时钟的占空比。该配置有两个选择，分别为低电平时间比高电平时间为2：1 ( I2C_DutyCycle_2)和16：9(I2C_DutyCycle_16_9)。
这个模式随便选反正区别不大。
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配置STM32的I2C设备自己的地址，每个连接到I2C总线上的设备都要有一个自己的地址，作为主机也不例外。

地址可设置为7位或10位，只要该地址是I2C总线上唯一的即可。
其实可以有两个地址，这里是设置的第一个地址。

第二个地址要另外用库函数设置而且只能是7位
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配置I 2 C应答是否使能，设置为使能则可以发送响应信号。一般配置为允许应答(I2C_Ack_Enable）若STM32接收一个字节数据自动产生应答，必须要使能
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选择I2C的寻址模式是7位还是10位地址。这需要根据实际连接到I2C总线上设备的地址进行选择，这个成员的配置也影响到I2C_OwnAddress1成员，只有这里设置成10位模式时，I2C_OwnAddress1才支持10位地址。
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配置完成之后调用一下I2C初始化函数就搞定

记得使能I2C外设
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五.EEPROM简介

EEPROM全称： electrically-erasable, and programmable read-only memory --》可电擦除的可编程的只读存储器，这里的只读并不是只能读，是以前ROM不能写只能读，现在的EEPROM已经是可读写的啦，为什么还叫可读：只不过是保留下来的名字而已。

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原理图：
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WP引脚直接
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EEPROM的设备地址（作为从机）
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EEPROM中硬件I2C
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EEPROM通信的时候也遵循I2C协议，向产生起始信号，停止信号，应答什么的都一样的。

1.STM32向从机EEPROM写入一个字节

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2.STM32向从机EEPROM写入多个字节（页写入）

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写入的8个字节是连续的地址，不连续的话不能使用页写入
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总结:

规定就是规定我也没有办法，不然就会出错

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这段话什么意思呢：EEPROM做为我们的非易失存储器（掉电不会丢失数据），相当于我们电脑中的硬盘，它的读写速度是非常慢的，所以STM32把数据发送过去之后，必须等待EEPROM去把数据写入自己内部的存储器才能写入下一波数据(可以是单字节写入也可以是页写入)，如果不等待EEPROM把上一次的数据写完又去写入EEPROM是不会搭理你的，也就是说EEPROM处于忙碌状态。

检测EEPROM数据是否写入完成：
用STM32主机不断向EEPROM发送起始信号，然后发送EEPROM的设备的地址等待EEPROM的应答信号，如果不应答，重复在来一遍，直到EEPROM应答则代表EEPROM上一次的数据写入完成，然后才可以传输下一次的数据！！！

3.STM32随机读取EEPROM内部任何地址的数据

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4.STM32随机顺序读取EEPROM内部任何地址的数据

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EEPROM一共有256个字节对应的地址为（0~255）
当读取到最后一个字节，也就是255地址，第256个字节，在读取又会从头(第一个字节数据)开始读取。

六.硬件I2C读写EEPROM实验

实验目的

STM32作为主机向从机EEPROM存储器写入256个字节的数据
STM32作为主机向从机EEPROM存储器读取写入的256个字节的数据

读写成功亮绿灯，读写失败亮红灯

实验原理

编程要点
(1) 配置通讯使用的目标引脚为开漏模式；
(2) 编写模拟 I2C 时序的控制函数；
(3) 编写基本 I2C 按字节收发的函数；
(4) 编写读写 EEPROM 存储内容的函数；
(5) 编写测试程序，对读写数据进行校验。

两个引脚PB6,PB7都要配置成复用的开漏输出
这里有一个注意的点，你配置成输出模式，并不会影响引脚的输入功能
详情请看——>GPIO端口的八种工作模式
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源码

i2c_ee.h
前面理论已经讲得已经很详细了，直接上代码叭！！

#ifndef __IIC_EE_H#define __IIC_EE_H#include "stm32f10x.h"#include <stdio.h>//IIC1#define  EEPROM_I2C                       I2C1#define  EEPROM_I2C_CLK                   RCC_APB1Periph_I2C1#define  EEPROM_I2C_APBxClkCmd            RCC_APB1PeriphClockCmd#define  EEPROM_I2C_BAUDRATE              400000// IIC1 GPIO 引脚宏定义#define  EEPROM_I2C_SCL_GPIO_CLK           (RCC_APB2Periph_GPIOB)#define  EEPROM_I2C_SDA_GPIO_CLK           (RCC_APB2Periph_GPIOB)#define  EEPROM_I2C_GPIO_APBxClkCmd        RCC_APB2PeriphClockCmd     #define  EEPROM_I2C_SCL_GPIO_PORT         GPIOB   #define  EEPROM_I2C_SCL_GPIO_PIN          GPIO_Pin_6#define  EEPROM_I2C_SDA_GPIO_PORT         GPIOB#define  EEPROM_I2C_SDA_GPIO_PIN          GPIO_Pin_7//STM32自身地址1 与从机设备地址不相同即可(7位地址)#define   STM32_I2C_OWN_ADDR             0x6f//EEPROM设备地址#define   EEPROM_I2C_Address             0XA0#define   I2C_PageSize                     8//等待次数#define I2CT_FLAG_TIMEOUT         ((uint32_t)0x1000)#define I2CT_LONG_TIMEOUT         ((uint32_t)(10 * I2CT_FLAG_TIMEOUT))#define EEPROM_DEBUG_ON                    0#define EEPROM_INFO(fmt,arg...)           printf("<<-EEPROM-INFO->> "fmt"n",##arg)#define EEPROM_ERROR(fmt,arg...)          printf("<<-EEPROM-ERROR->> "fmt"n",##arg)#define EEPROM_DEBUG(fmt,arg...)          do{                                          if(EEPROM_DEBUG_ON)                                          printf("<<-EEPROM-DEBUG->> [%d]"fmt"n",__LINE__, ##arg);                                          }while(0)void I2C_EE_Config(void);void EEPROM_Byte_Write(uint8_t addr,uint8_t data);	uint32_t  EEPROM_WaitForWriteEnd(void);	uint32_t  EEPROM_Page_Write(uint8_t addr,uint8_t *data,uint16_t Num_ByteToWrite);																					uint32_t  EEPROM_Read(uint8_t *data,uint8_t addr,uint16_t Num_ByteToRead);void I2C_EE_BufferWrite(uint8_t* pBuffer,uint8_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite);#endif

i2c_ee.c

#include "i2c_ee.h"//设置等待时间static __IO uint32_t  I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;   //等待超时，打印错误信息static uint32_t I2C_TIMEOUT_UserCallback(uint8_t errorCode);void I2C_EE_Config(void){	GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStuctrue;	I2C_InitTypeDef     I2C_InitStuctrue;	//开启GPIO外设时钟	EEPROM_I2C_GPIO_APBxClkCmd(EEPROM_I2C_SCL_GPIO_CLK|EEPROM_I2C_SDA_GPIO_CLK,ENABLE);	//开启IIC外设时钟	EEPROM_I2C_APBxClkCmd(EEPROM_I2C_CLK,ENABLE);		//SCL引脚-复用开漏输出  GPIO_InitStuctrue.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_OD;  GPIO_InitStuctrue.GPIO_Pin=EEPROM_I2C_SCL_GPIO_PIN;	GPIO_InitStuctrue.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;	GPIO_Init(EEPROM_I2C_SCL_GPIO_PORT,&GPIO_InitStuctrue);	//SDA引脚-复用开漏输出	GPIO_InitStuctrue.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;	GPIO_InitStuctrue.GPIO_Pin = EEPROM_I2C_SDA_GPIO_PIN;	GPIO_InitStuctrue.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;	GPIO_Init(EEPROM_I2C_SDA_GPIO_PORT,&GPIO_InitStuctrue);		//IIC结构体成员配置   I2C_InitStuctrue.I2C_Ack=I2C_Ack_Enable;	I2C_InitStuctrue.I2C_AcknowledgedAddress=I2C_AcknowledgedAddress_7bit;	I2C_InitStuctrue.I2C_ClockSpeed=EEPROM_I2C_BAUDRATE;	I2C_InitStuctrue.I2C_DutyCycle=I2C_DutyCycle_2;	I2C_InitStuctrue.I2C_Mode=I2C_Mode_I2C;	I2C_InitStuctrue.I2C_OwnAddress1=STM32_I2C_OWN_ADDR;	I2C_Init(EEPROM_I2C,&I2C_InitStuctrue);	I2C_Cmd(EEPROM_I2C,ENABLE);}//向EEPROM写入一个字节void  EEPROM_Byte_Write(uint8_t addr,uint8_t data){	//发送起始信号	I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C,ENABLE);	//检测EV5事件	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)==ERROR);	//发送设备写地址	I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C,EEPROM_I2C_Address,I2C_Direction_Transmitter);	//检测EV6事件	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED)==ERROR);	//发送要操作设备内部的地址	I2C_SendData(EEPROM_I2C,addr);	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING )==ERROR);  I2C_SendData(EEPROM_I2C,data);	//检测EV8_2事件	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED )==ERROR);	//发送停止信号	I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C,ENABLE);	}//向EEPROM写入多个字节uint32_t  EEPROM_Page_Write(uint8_t addr,uint8_t *data,uint16_t Num_ByteToWrite){		 I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;	//判断IIC总线是否忙碌	while(I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2C, I2C_FLAG_BUSY))   	{		if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(1);	} 	//重新赋值	I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;	//发送起始信号	I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C,ENABLE);	//检测EV5事件	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)==ERROR)	{		 if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(2);	} 	I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;	//发送设备写地址	I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C,EEPROM_I2C_Address,I2C_Direction_Transmitter);	//检测EV6事件	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED)==ERROR)	{		 if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(3);	} 	I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;	//发送要操作设备内部的地址	I2C_SendData(EEPROM_I2C,addr);	//检测EV8事件	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING )==ERROR)	{		 if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(4);	} 	while(Num_ByteToWrite)	{		I2C_SendData(EEPROM_I2C,*data);		I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;		while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING )==ERROR)		{				if((I2CTimeout--) == 0) return   I2C_TIMEOUT_UserCallback(5);		} 		 Num_ByteToWrite--;		 data++;	}	I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;	//检测EV8_2事件	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED )==ERROR)	{				if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(6);	 } 	//发送停止信号	I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C,ENABLE);	 return 1;}//向EEPROM读取多个字节uint32_t EEPROM_Read(uint8_t *data,uint8_t addr,uint16_t Num_ByteToRead){	 I2CTimeout = I2CT_LONG_TIMEOUT;  //判断IIC总线是否忙碌  while(I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2C, I2C_FLAG_BUSY))     {    if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(1);  } 		I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;	//发送起始信号	I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C,ENABLE);	//检测EV5事件	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT )==ERROR)  {        if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(7);   } 		I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;	//发送设备写地址	I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C,EEPROM_I2C_Address,I2C_Direction_Transmitter);	//检测EV6事件等待从机应答	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED )==ERROR) {        if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(8);  }  	I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;	//发送要操作设备内部存储器的地址	I2C_SendData(EEPROM_I2C,addr);	//检测EV8事件	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTING )==ERROR) {        if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(9);  }	I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;	//发送起始信号	I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C,ENABLE);	//检测EV5事件	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT )==ERROR)	{        if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(10);   }	I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;	 	//发送设备读地址	I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C,EEPROM_I2C_Address,I2C_Direction_Receiver);	//检测EV6事件	while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED )==ERROR)	{       if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(10);   }	 	while(Num_ByteToRead--)	{		//是否是最后一个字节，若是则发送非应答信号		if( Num_ByteToRead==0)	 {		 //发送非应答信号		 I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2C,DISABLE);		 //发送停止信号	   I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C,ENABLE);	 }	 	 I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;	 	 //检测EV7事件   while( I2C_CheckEvent(EEPROM_I2C,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED )==ERROR)  {       if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(10);   }	     *data=I2C_ReceiveData(EEPROM_I2C);	  data++; 	 	}		//重新开启应答信号	I2C_AcknowledgeConfig(EEPROM_I2C,ENABLE);  return 1;}void I2C_EE_BufferWrite(uint8_t* pBuffer,uint8_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite){  u8 NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0;  //I2C_PageSize=8  Addr = WriteAddr % I2C_PageSize;  count = I2C_PageSize - Addr;  NumOfPage =  NumByteToWrite / I2C_PageSize;  NumOfSingle = NumByteToWrite % I2C_PageSize;     if(Addr == 0)   {        if(NumOfPage == 0)     {      EEPROM_Page_Write(WriteAddr, pBuffer, NumOfSingle);      EEPROM_WaitForWriteEnd();    }        else      {			//按页写入      while(NumOfPage--)      {        EEPROM_Page_Write(WriteAddr, pBuffer, I2C_PageSize);     	  EEPROM_WaitForWriteEnd();        WriteAddr +=  I2C_PageSize;        pBuffer += I2C_PageSize;      }      //不足一页(8个)单独写入      if(NumOfSingle!=0)      {        EEPROM_Page_Write(WriteAddr, pBuffer, NumOfSingle);        EEPROM_WaitForWriteEnd();      }    }  }    else   {      NumByteToWrite -= count;      NumOfPage =  NumByteToWrite / I2C_PageSize;      NumOfSingle = NumByteToWrite % I2C_PageSize;	            if(count != 0)      {          EEPROM_Page_Write(WriteAddr, pBuffer, count);        EEPROM_WaitForWriteEnd();        WriteAddr += count;        pBuffer += count;      }             while(NumOfPage--)      {        EEPROM_Page_Write(WriteAddr, pBuffer, I2C_PageSize);        EEPROM_WaitForWriteEnd();        WriteAddr +=  I2C_PageSize;        pBuffer += I2C_PageSize;        }      if(NumOfSingle != 0)      {        EEPROM_Page_Write(WriteAddr, pBuffer, NumOfSingle);         EEPROM_WaitForWriteEnd();      }    } }uint32_t EEPROM_WaitForWriteEnd(void){	I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;			do	{		  I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;			//发送起始信号			I2C_GenerateSTART(EEPROM_I2C,ENABLE);			//检测EV5事件			while( I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2C,I2C_FLAG_SB )==RESET)			{					 if((I2CTimeout--) == 0) return I2C_TIMEOUT_UserCallback(10);			 }			I2CTimeout = I2CT_FLAG_TIMEOUT;				//发送设备写地址			I2C_Send7bitAddress(EEPROM_I2C,EEPROM_I2C_Address,I2C_Direction_Transmitter);			}while( (I2C_GetFlagStatus(EEPROM_I2C,I2C_FLAG_ADDR )==RESET) && (I2CTimeout--) );		//发送停止信号	I2C_GenerateSTOP(EEPROM_I2C,ENABLE);	return 1;}static  uint32_t I2C_TIMEOUT_UserCallback(uint8_t errorCode){    EEPROM_ERROR("I2C 等待超时!errorCode = %d",errorCode);    return 0;}

main.c

#include "stm32f10x.h"#include "led.h"#include  "./i2c/i2c_ee.h"#include  <string.h>#include "usart.h"#define SOFT_DELAY Delay(0x0FFFFF);void Delay(__IO u32 nCount); //声明I2C测试函数uint8_t I2C_EE_Test(void);int main(void){		//初始化IIC   I2C_EE_Config();   //初始化USART    Usart_Config();	//初始化LED   LED_GPIO_Config();	printf("rnIIC读写EEPROM测试实验rn");		//读写成功亮绿灯，失败亮红灯   if( I2C_EE_Test()==1 )	 {		 LED_G(NO);	 }	 else	 {		 LED_R(NO);	 }	while(1){;}  }	 uint8_t I2C_EE_Test(void)	 {			  uint8_t ReadData[256]={0};      uint8_t WriteDdta[256]={0};		  uint16_t i;		  //初始化写入数组		   for(i=0;i<256;i++)	    {		    WriteDdta[i]=i; 	     }			 //向EEPROM从地址为0开始写入256个字节的数据 				I2C_EE_BufferWrite(WriteDdta,0,256);				//等待EEPROM写入数据完成 				EEPROM_WaitForWriteEnd();	 			 //向EEPROM从地址为0开始读出256个字节的数据				EEPROM_Read(ReadData,0,256);			 for (i=0; i<256; i++)				{					 if(ReadData[i] != WriteDdta[i])					{						EEPROM_ERROR("0x%02X ", ReadData[i]);						EEPROM_ERROR("错误:I2C EEPROM写入与读出的数据不一致nr");						return 0;					}					 printf("0x%02X ", ReadData[i]);					 if(i%16 == 15)    					 printf("nr");   				}				EEPROM_INFO("I2C(AT24C02)读写测试成功nr");				return 1;	 }void Delay(__IO uint32_t nCount)	 //简单的延时函数{	for(; nCount != 0; nCount--);}

重点讲一下，如何解决以下页写入问题，实现连续写入

现在来解释代码中下图函数如何解决问题
在这里插入图片描述

如果地址对齐：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
如果地址不对齐：
在这里插入图片描述

实验效果

请添加图片描述

七.软件模式I2C协议

实验目的

STM32作为主机向从机EEPROM存储器写入256个字节的数据
STM32作为主机向从机EEPROM存储器读取写入的256个字节的数据

读写成功亮绿灯，读写失败亮红灯

实验原理

在这里插入图片描述
软件模式I2C由我们CPU来控制引脚产生I2C时序，所以我们随便选引脚都可以，不过你选择的引脚肯定要连接到通信的EEPROM的SCL,SDA引脚上。这里是用了PC12,PC11充当主机STM32SCL，SDA引脚。

在这里插入图片描述

源码

i2c_ee.h

#ifndef _I2C_EE_H#define _I2C_EE_H#include "stm32f10x.h"#define EEPROM_DEV_ADDR			0xA0		#define EEPROM_PAGE_SIZE		  8			  #define EEPROM_SIZE				  256			  uint8_t ee_Checkok(void);uint8_t  ee_ReadByte( uint8_t *pReaddata,uint16_t Address,uint16_t num );uint8_t  ee_WriteByte( uint8_t *Writepdata,uint16_t Address,uint16_t num );uint8_t ee_WaitStandby(void);uint8_t ee_WriteBytes(uint8_t *_pWriteBuf, uint16_t _usAddress, uint16_t _usSize);uint8_t ee_ReadBytes(uint8_t *_pReadBuf, uint16_t _usAddress, uint16_t _usSize);uint8_t ee_Test(void) ;#endif

i2c_ee.c

#include "i2c_ee.h"#include "i2c_gpio.h"//检测EEPORM是否忙碌uint8_t ee_Checkok(void){	if(i2c_CheckDevice(EEPROM_DEV_ADDR)==0)	{		return 1;	}	else	{    i2c_Stop();  		return 0; 	}}	//检测EEPROM写入数完成uint8_t ee_WaitStandby(void){	uint32_t wait_count = 0;		while(i2c_CheckDevice(EEPROM_DEV_ADDR))	{		//若检测超过次数，退出循环		if(wait_count++>0xFFFF)		{			//等待超时			return 1;		}	}	//等待完成	return 0;}//向EEPROM写入多个字节uint8_t ee_WriteBytes(uint8_t *_pWriteBuf, uint16_t _usAddress, uint16_t _usSize){	uint16_t i,m;	uint16_t addr;	addr=_usAddress;  for(i=0;i<_usSize;i++)	{		  //当第一次或者地址对齐到8就要重新发起起始信号和EEPROM地址		  //为了解决8地址对齐问题			if(i==0 || (addr % EEPROM_PAGE_SIZE)==0 )			{				 //循环发送起始信号和EEPROM地址的原因是为了等待上一次写入的一页数据				写入完成				 for(m=0;m<1000;m++)				 {					 //发送起始地址					 i2c_Start();					 //发送设备写地址					 i2c_SendByte(EEPROM_DEV_ADDR|EEPROM_I2C_WR);					 //等待从机应答					 if( i2c_WaitAck()==0 )					 {						break;					 }				 } 				  //若等待的1000次从机还未应答，等待超时				  if( m==1000 )			  	{					goto cmd_fail;			   	}					//EEPROM应答后发送EEPROM的内部存储器地址				i2c_SendByte((uint8_t)addr);				//等待从机应答				if( i2c_WaitAck()!=0 )				{					goto cmd_fail;									}				}		 //发送数据		 i2c_SendByte(_pWriteBuf[i]);		 //等待应答	   if( i2c_WaitAck()!=0 )	   {		  goto cmd_fail;			     }		 //写入地址加1		 addr++;			}		i2c_Stop();	return 1;		cmd_fail:	i2c_Stop();	return 0;}uint8_t ee_ReadBytes(uint8_t *_pReadBuf, uint16_t _usAddress, uint16_t _usSize){	uint16_t i;		  i2c_Start();		i2c_SendByte(EEPROM_DEV_ADDR|EEPROM_I2C_WR);	 if( i2c_WaitAck()!=0 )	 {			 goto cmd_fail;			  }		i2c_SendByte((uint8_t)_usAddress);	 if( i2c_WaitAck()!=0 )	 {			  goto cmd_fail;	  }		i2c_Start();		i2c_SendByte(EEPROM_DEV_ADDR|EEPROM_I2C_RD);		 if( i2c_WaitAck()!=0 )		 {				  goto cmd_fail;					   }	 for(i=0;i<_usSize;i++)	{			_pReadBuf[i]=i2c_ReadByte();				if (i != _usSize - 1)		{//			i2c_NAcK();				i2c_Ack();			}		else		{			i2c_NAcK();			}	}	i2c_Stop();	return 1;		cmd_fail:	i2c_Stop();	return 0;}uint8_t ee_Test(void) {  uint16_t i;	uint8_t write_buf[EEPROM_SIZE];  uint8_t read_buf[EEPROM_SIZE];      if (i2c_CheckDevice(EEPROM_DEV_ADDR) == 1)	{				printf("没有检测到串行EEPROM!rn");						return 0;	}    	for (i = 0; i < EEPROM_SIZE; i++)	{				write_buf[i] = i;	}    if (ee_WriteBytes(write_buf, 0, EEPROM_SIZE) == 0)	{		printf("写EEPROM出错！rn");		return 0;	}	else	{				printf("写EEPROM成功！rn");	}    if (ee_ReadBytes(read_buf, 0, EEPROM_SIZE) == 0)	{		printf("EEPROM出错！rn");		return 0;	}	else	{				printf("EEPROM成功，数据如下：rn");	}    for (i = 0; i < EEPROM_SIZE; i++)	{		if(read_buf[i] != write_buf[i])		{			printf("0x%02X ", read_buf[i]);			printf("错误:EEPROM读出与写入的数据不一致");			return 0;		}    printf(" %02X", read_buf[i]);				if ((i & 15) == 15)		{			printf("rn");			}			}  printf("EEPROM读写测试成功rn");  return 1;}

main

#include "stm32f10x.h"#include "led.h"#include  "usart.h"#include  <string.h>#include "i2c_ee.h"#include "i2c_gpio.h"#define SOFT_DELAY Delay(0x0FFFFF);void Delay(__IO u32 nCount); int main(void){			LED_GPIO_Config();	    USART_Config();		printf("EEPROM 软件模拟i2c测试例程 rn");			   if(ee_Test() == 1)  	{			LED_G(NO);    }    else    {      LED_R(NO);    }	 while(1){  }	  }void Delay(__IO uint32_t nCount)	 //简单的延时函数{	for(; nCount != 0; nCount--);}

效果与硬件I2C一模一样就不演示了

八.总结

不管是硬件I2C还是软件I2C先不管他们的优缺点，主要我们是要在实现的过程中理解IC2协议这个才是最重要的，反正I2C必须得会因为应用太广泛了，最后如果文章内容有疑问的来评论区一起讨论讨论！！！

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