者简介：嵌入式入坑者，与大家一起加油，希望文章能够帮助各位！！！！
个人主页：@rivencode的个人主页
系列专栏：玩转STM32
推荐一款模拟面试、刷题神器，从基础到大厂面试题点击跳转刷题网站进行注册学习

目录

• 一.I2C协议简介
• 二.I2C物理层
• 三.I2C协议层
• • I2C 基本读写过程
  • 1.空闲状态
  • 2.起始信号与停止信号
  • 3.数据有效性
  • 4.地址及数据方向
  • 5.应答与非应答信号
• 四.硬件I2C
• • I2C外设功能框图（重点）
  • 1.通信引脚
  • 2.时钟控制逻辑
  • 3.数据控制逻辑
  • 4.整体控制逻辑
  • 5.STM32的I2C外设通信过程（超级重要）
  • • 主发送器
    • 主接收器
  • 6.I2C初始化结构体
• 五.EEPROM简介
• • 1.STM32向从机EEPROM写入一个字节
  • 2.STM32向从机EEPROM写入多个字节（页写入）
  • 3.STM32随机读取EEPROM内部任何地址的数据
  • 4.STM32随机顺序读取EEPROM内部任何地址的数据
• 六.硬件I2C读写EEPROM实验
• • 实验目的
  • 实验原理
  • 源码
  • 实验效果
• 七.软件模式I2C协议
• • 实验目的
  • 实验原理
  • 源码
• 八.总结

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：可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行，必须轮流交替进行，其实也可以理解成一种可以切换方向的单工通信，同一时刻必须只能一个方向传输，只需一根数据线.

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

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（），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。

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，，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。

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，，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。

• 2.主机向从机读取数据

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

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。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。

• 数据方向位为“1”：表示主机由从机读数据
• 数据方向位为“0”：表示主机向从机写数据
  
  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

  • SDA 为高电平：表示非应答信号(NACK)

  • SDA为低电平：表示应答信号(ACK)

  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）
  

  

  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。

  
  实物图：
  
  时钟控制寄存器
  
  

  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

  
  自身地址寄存器1
  

  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
  

  
  
  接下来就是了解的知识：
  • 总线错误(BERR)

  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，从设备认为是一个重启动，并等待地址或停止条件。
  ─ 如果是，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
  

  
  • 应答错误(AF)

  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。
  

  
  

  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；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。

  • 主模式：STM32作为主机通信(发送器与接收器)
  • 从模式：STM32作为从机通信(发送器与接收器)

  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。串行数据传输总是以起始条件开始并以停止条件结束。当。

  主发送器

  

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)

• EV6事件
  
  从机地址发送完成从机应答之后检测EV6事件：
  
  这个检测是地址发送完之后进行检测，其实我们只要检测EV6事件就可以了，因为EV6事件成功之后就已经代表地址（数据）发送出去，而且从机还应答了，地址已经发送完成那肯定数据寄存器，与移位寄存器肯定为空呐，所以不检测也可以。

• EV8事件
  

  
  我们在发送完一个数据之后必须判断数据寄存器是否为空，数据寄存器为空（TXE），才能向数据寄存器写入新的数据，不然上一个数据们还没有转移到移位寄存器，CPU又写入一个数据则会覆盖上一个数据。

• EV7事件
  
  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。
  • EV7_1事件
    关闭通信
    。接收到NACK后，从设备释放对SCL和SDA线的控制；主设备就可以发送一个停止/重起始条件。
    ● 为了在收到最后一个字节后产生一个NACK脉冲，在读倒数第二个数据字节之后(在倒数第二个RxNE事件之后)必须清除ACK位。
    ● 为了产生一个停止/重起始条件，软件必须在读倒数第二个数据字节之后(在倒数第二个RxNE事件之后)设置STOP/START位。
    ● 只接收一个字节时，刚好在EV6之后(EV6_1时，清除ADDR之后)要关闭应答和停止条件的产生位。在产生了停止条件后，I2C接口自动回到从模式(M/SL位被清除)

  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
  

  
  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

  
  初始化函数
  
  • I2C_DutyCycle

  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。
  

  
  • I2C_Ack_Enable

  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
  

  
  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
  

  

  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。

  
  

  EEPROM的设备地址（作为从机）
  

  
  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

  
  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
  

  总结:

  • 进行页写入时，写入的存储器地址要对齐到8，也就是说只能写入地址为 0 8 16 32… 能整除8
  • 页写如只能一次写入8个字节

  规定就是规定我也没有办法，不然就会出错

  • 确认EEPROM是否写入完成：
  
  
  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

  • 硬件设计
    原理图
    

  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
  

  

  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！！

  来源：rivencode

  声明：本站部分文章及图片转载于互联网，内容版权归原作者所有，如本站任何资料有侵权请您尽早请联系jinwei@zod.com.cn进行处理,非常感谢！