一、環境介紹
程式設計軟體: keil5
作業系統: win10
MCU型号: STM32F103ZET6
STM32程式設計方式: 寄存器開發 (友善程式移植到其他單片機)
IIC總線: STM32本身支援IIC硬體時序的，本文采用的是模拟時序，下篇文章就介紹配置STM32的IIC硬體時序讀寫AT24C02和AT24C08。
模拟時序更加友善移植到其他單片機，通用性更高，不分MCU；硬體時序效率更高，單每個MCU配置方法不同，依賴硬體本身支援。
目前器件： 采用AT24C02 EEPROM存儲晶片
完整的工程源碼下載下傳位址,下載下傳即可編譯運作測試（包含了模拟IIC時序、STM32硬體IIC時序分别驅動AT24C02和AT24C08）:
https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/19399945二、AT24C02存儲晶片介紹
2.1 晶片功能特性介紹
AT24C02 是串行CMOS類型的EEPROM存儲晶片，AT24C0x這個系列包含了AT24C01、AT24C02、AT24C04、AT24C08、AT24C16這些具體的晶片型号。
他們容量分别是：1K (128 x 8)、2K (256 x 8)、4K (512 x 8)、8K (1024 x 8)、16K (2048 x 8) ，其中的8表示8位(bit)
它們的管腳功能、封裝特點如下：
晶片功能描述：
AT24C02系列支援I2C，總線資料傳送協定I2C，總線協定規定任何将資料傳送到總線的器件作為發送器。任何從總線接收資料的器件為接收器；資料傳送是由産生串行時鐘和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發送器或接收器，但由主器件控制傳送資料（發送或接收）的模式，由于A0、A1和A2可以組成000~111八種情況，即通過器件位址輸入端A0、A1和A2可以實作将最多8個AT24C02器件連接配接到總線上，通過進行不同的配置進行選擇器件。
晶片特性介紹：
1. 低壓和标準電壓運作
–2.7（VCC=2.7伏至5.5伏）
–1.8（VCC=1.8伏至5.5伏）
2. 兩線串行接口(SDA、SCL)
3. 有用于硬體資料保護的寫保護引腳
4. 自定時寫入周期(5毫秒~10毫秒),因為内部有頁緩沖區,向AT24C0x寫入資料之後,還需要等待AT24C0x将緩沖區資料寫入到内部EEPROM區域.
5. 資料儲存可達100年
6. 100萬次擦寫周期
7. 高資料傳送速率為400KHz、低速100KHZ和IIC總線相容。 100 kHz（1.8V）和400 kHz（2.7V、5V）
8. 8位元組頁寫緩沖區
這個緩沖區大小與晶片具體型号有關: 8位元組頁（1K、2K）、16位元組頁（4K、8K、16K）
2.2 晶片裝置位址介紹
IIC裝置的标準位址位是7位。上面這個圖裡AT24C02的1010是晶片内部固定值，A2 、A1、 A0是硬體引腳、由硬體決定電平；最後一位是讀/寫位(1是讀，0是寫)，讀寫位不算在位址位裡，但是根據IIC的時序順序，在操作裝置前，都需要先發送7位位址，再發送1位讀寫位，才能啟動對晶片的操作，我們在寫模拟時序為了友善統一寫for循環，按位元組發送，是以一般都是将7位址位與1位讀寫位拼在一起，組合成1個位元組，友善按位元組傳輸資料。
我現在使用的開發闆上AT24C02的原理圖是這樣的：
那麼這個AT24C02的标準裝置位址就是: 0x50(十六進制)，對應的二進制就是: 1010000
如果将讀寫位組合在一起，讀權限的裝置位址: 0xA1 (10100001) 、寫權限的裝置位址: 0xA0 (10100000)
2.3 對AT24C02 按位元組寫資料的指令流程(時序)
詳細解釋：
1. 先發送起始信号
2. 發送裝置位址(寫權限)
3. 等待AT24C02應答、低電平有效
4. 發送存儲位址、AT24C02内部一共有256個位元組空間,尋址是從0開始的，範圍是(0~255)；發送這個存儲器位址就是告訴AT24C02接下來的資料改存儲到哪個地方。
5. 等待AT24C02應答、低電平有效
6. 發送一個位元組的資料，這個資料就是想存儲到AT24C02裡儲存的資料。
7. 等待AT24C02應答、低電平有效
8. 發送停止信号
2.3 對AT24C02 按頁寫資料的指令流程(時序)
詳細解釋：
6. 可以循環發送8個位元組的資料，這些資料就是想存儲到AT24C02裡儲存的資料。
AT24C02的頁緩沖區是8個位元組，所有這裡的循環最多也隻能發送8個位元組，多發送的位元組會将前面的覆寫掉。
需要注意的地方: 這個頁緩沖區的尋址也是從0開始，比如: 0~7算第1頁，8~15算第2頁......依次類推。 如果現在寫資料的起始位址是3，那麼這一頁隻剩下5個位元組可以寫；并不是說從哪裡都可以循環寫8個位元組。
詳細流程: 這裡程式裡一般使用for循環實作
(1). 發送位元組1
(2). 等待AT24C02應答,低電平有效
(3). 發送位元組2
(4). 等待AT24C02應答,低電平有效
.........
最多8次.
2.4 從AT24C02任意位址讀任意位元組資料(時序)
AT24C02支援目前位址讀、任意位址讀，最常用的還是任意位址讀，因為可以指定讀取資料的位址，比較靈活，上面這個指定時序圖就是任意位址讀。
詳細解釋：
4. 發送存儲位址、AT24C02内部一共有256個位元組空間,尋址是從0開始的，範圍是(0~255)；發送這個存儲器位址就是告訴AT24C02接下來應該傳回那個位址的資料給單片機。
6. 重新發送起始信号(切換讀寫模式)
7. 發送裝置位址(讀權限)
8. 等待AT24C02應答、低電平有效
9. 循環讀取資料: 接收AT24C02傳回的資料.
讀資料沒有位元組限制，可以第1個位元組、也可以連續将整個晶片讀完。
10. 發送非應答(高電平有效)
11. 發送停止信号
三、IIC總線介紹
2.1 IIC總線簡介
I2C（Inter－Integrated Circuit）總線是由PHILIPS公司開發的兩線式串行總線，用于連接配接微控制器及其外圍裝置，是微電子通信控制領域廣泛采用的一種總線标準。具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優點。
I2C規程運用主/從雙向通訊。器件發送資料到總線上，則定義為發送器，器件接收資料則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發送狀态。
I2C 總線通過串行資料（SDA）線和串行時鐘（SCL）線在連接配接到總線的器件間傳遞資訊。每個器件都有一個唯一的位址識别，而且都可以作為一個發送器或接收器（由器件的功能決定）。
I2C有四種工作模式:
1.主機發送
2.主機接收
3.從機發送
4.從機接收
I2C總線隻用兩根線：串行資料SDA（Serial Data）、串行時鐘SCL（Serial Clock）。
總線必須由主機（通常為微控制器）控制，主機産生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并産生起始和停止條件。
SDA線上的資料狀态僅在SCL為低電平的期間才能改變。
2.2 IIC總線上的裝置連接配接圖
I2C 總線在實體連接配接上非常簡單，分别由SDA(串行資料線)和SCL(串行時鐘線)及上拉電阻組成。通信原理是通過對SCL和SDA線高低電平時序的控制，來産生I2C總線協定所需要的信号進行資料的傳遞。在總線空閑狀态時，這兩根線一般被上面所接的上拉電阻拉高，保持着高電平。
其中上拉電阻範圍是4.7K~100K。
2.3 I2C總線特征
I2C總線上的每一個裝置都可以作為主裝置或者從裝置，而且每一個從裝置都會對應一個唯一的位址(可以從I2C器件的資料手冊得知)。主從裝置之間就通過這個位址來确定與哪個器件進行通信，在通常的應用中，我們把CPU帶I2C總線接口的子產品作為主裝置，把挂接在總線上的其他裝置都作為從裝置。
1. 總線上能挂接的器件數量
I2C總線上可挂接的裝置數量受總線的最大電容400pF 限制，如果所挂接的是相同型号的器件，則還受器件位址的限制。
一般I2C裝置位址是7位位址（也有10位），位址分成兩部分：晶片固化位址（生産晶片時候哪些接地，哪些接電源，已經固定），可程式設計位址（引出IO口，由硬體裝置決定）。
例如： 某一個器件是7 位位址，其中10101 xxx 高4位出廠時候固定了，低3位可以由設計者決定。
則一條I2C總線上隻能挂該種器件最少8個。
如果7位位址都可以程式設計，那理論上就可以達到128個器件，但實際中不會挂載這麼多。
2. 總線速度傳輸速度：
I2C總線資料傳輸速率在标準模式下可達100kbit/s，快速模式下可達400kbit/s，高速模式下可達3.4Mbit/s。一般通過I2C總線接口可程式設計時鐘來實作傳輸速率的調整。
3. 總線資料長度
I2C總線上的主裝置與從裝置之間以位元組(8位)為機關進行雙向的資料傳輸。
2.4 I2C總線協定基本時序信号
空閑狀态：SCL和SDA都保持着高電平。
起始條件：總線在空閑狀态時，SCL和SDA都保持着高電平，當SCL為高電平期間而SDA由高到低的跳變，表示産生一個起始條件。在起始條件産生後，總線處于忙狀态，由本次資料傳輸的主從裝置獨占，其他I2C器件無法通路總線。
停止條件：當SCL為高而SDA由低到高的跳變，表示産生一個停止條件。
答應信号：每個位元組傳輸完成後的下一個時鐘信号，在SCL高電平期間，SDA為低，則表示一個應答信号。
非答應信号：每個位元組傳輸完成後的下一個時鐘信号，在SCL高電平期間，SDA為高，則表示一個應答信号。應答信号或非應答信号是由接收器發出的，發送器則是檢測這個信号（發送器，接收器可以從裝置也可以主裝置）。
注意：起始和結束信号總是由主裝置産生。
2.5 起始信号與停止信号
起始信号就是: 時鐘線SCL處于高電平的時候，資料線SDA由高電平變為低電平的過程。SCL=1;SDA=1;SDA=0;
停止信号就是: 時鐘線SCL處于低電平的時候, 資料線SDA由低電平變為高電平的過程。SCL=1;SDA=0;SDA=1;
2.6 應答信号
資料位的第9位就時應答位。 讀取應答位的流程和讀取資料位是一樣的。示例: SCL=0;SCL=1;ACK=SDA; 這個ACK就是讀取的應答狀态。
2.7 資料位傳輸時序
通過時序圖了解到，SCL處于高電平的時候資料穩定，SCL處于低電平的時候資料不穩定。
那麼對于寫一位資料(STM32--->AT24C02): SCL=0;SDA=data; SCL=1;
那麼對于讀一位資料(STM32<-----AT24C02): SCL=0;SCL=1;data=SDA;
四、IIC總線時序代碼、AT24C02讀寫代碼
在調試IIC模拟時序的時候，可以在淘寶上買一個24M的USB邏輯分析儀，時序出現問題，使用邏輯分析儀一分析就可以快速找到問題。
#include "iic.h"
/*
函數功能：IIC接口初始化
硬體連接配接：
SDA：PB7
SCL：PB6
*/
void IIC_Init(void)
{
RCC->APB2ENR|=1<<3;//PB
GPIOB->CRL&=0x00FFFFFF;
GPIOB->CRL|=0x33000000;
GPIOB->ODR|=0x3<<6;
}
/*
函數功能：IIC總線起始信号
*/
void IIC_Start(void)
{
IIC_SDA_OUTMODE(); //初始化SDA為輸出模式
IIC_SDA_OUT=1; //資料線拉高
IIC_SCL=1; //時鐘線拉高
DelayUs(4); //電平保持時間
IIC_SDA_OUT=0; //資料線拉低
DelayUs(4); //電平保持時間
IIC_SCL=0; //時鐘線拉低
}
/*
函數功能：IIC總線停止信号
*/
void IIC_Stop(void)
{
IIC_SDA_OUTMODE(); //初始化SDA為輸出模式
IIC_SDA_OUT=0; //資料線拉低
IIC_SCL=0; //時鐘線拉低
DelayUs(4); //電平保持時間
IIC_SCL=1; //時鐘線拉高
DelayUs(4); //電平保持時間
IIC_SDA_OUT=1; //資料線拉高
}
/*
函數功能：擷取應答信号
返 回 值：1表示失敗，0表示成功
*/
u8 IIC_GetACK(void)
{
u8 cnt=0;
IIC_SDA_INPUTMODE();//初始化SDA為輸入模式
IIC_SDA_OUT=1; //資料線上拉
DelayUs(2); //電平保持時間
IIC_SCL=0; //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要資料
DelayUs(2); //電平保持時間，等待從機發送資料
IIC_SCL=1; //時鐘線拉高，告訴從機，主機現在開始讀取資料
while(IIC_SDA_IN) //等待從機應答信号
{
cnt++;
if(cnt>250)return 1;
}
IIC_SCL=0; //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要資料
return 0;
}
/*
函數功能：主機向從機發送應答信号
函數形參：0表示應答，1表示非應答
*/
void IIC_SendACK(u8 stat)
{
IIC_SDA_OUTMODE(); //初始化SDA為輸出模式
IIC_SCL=0; //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要發送資料
if(stat)IIC_SDA_OUT=1; //資料線拉高，發送非應答信号
else IIC_SDA_OUT=0; //資料線拉低，發送應答信号
DelayUs(2); //電平保持時間，等待時鐘線穩定
IIC_SCL=1; //時鐘線拉高，告訴從機，主機資料發送完畢
DelayUs(2); //電平保持時間，等待從機接收資料
IIC_SCL=0; //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要資料
}
/*
函數功能：IIC發送1個位元組資料
函數形參：将要發送的資料
*/
void IIC_WriteOneByteData(u8 data)
{
u8 i;
IIC_SDA_OUTMODE(); //初始化SDA為輸出模式
IIC_SCL=0; //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要發送資料
for(i=0;i<8;i++)
{
if(data&0x80)IIC_SDA_OUT=1; //資料線拉高，發送1
else IIC_SDA_OUT=0; //資料線拉低，發送0
IIC_SCL=1; //時鐘線拉高，告訴從機，主機資料發送完畢
DelayUs(2); //電平保持時間，等待從機接收資料
IIC_SCL=0; //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要發送資料
DelayUs(2); //電平保持時間，等待時鐘線穩定
data<<=1; //先發高位
}
}
/*
函數功能：IIC接收1個位元組資料
返 回 值：收到的資料
*/
u8 IIC_ReadOneByteData(void)
{
u8 i,data;
IIC_SDA_INPUTMODE();//初始化SDA為輸入模式
for(i=0;i<8;i++)
{
IIC_SCL=0; //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要資料
DelayUs(2); //電平保持時間，等待從機發送資料
IIC_SCL=1; //時鐘線拉高，告訴從機，主機現在正在讀取資料
data<<=1;
if(IIC_SDA_IN)data|=0x01;
DelayUs(2); //電平保持時間，等待時鐘線穩定
}
IIC_SCL=0; //時鐘線拉低，告訴從機，主機需要資料 (必須拉低，否則将會識别為停止信号)
return data;
}
4.2 AT24C02.c 這是AT24C02完整的讀寫代碼
#include "at24c02.h"
/*
函數功能：檢查AT24C02是否存在
返 回 值：1表示失敗，0表示成功
*/
u8 At24c02Check(void)
{
u8 data;
At24c02WriteOneByteData(255,0xAA);
data=At24c02ReadOneByteData(255);
if(data==0xAA)return 0;
else return 1;
}
/*
函數功能：AT24C02随機讀資料
函數形參：讀取的位址(0~255)
返 回 值：讀出一個資料
*/
u8 At24c02ReadOneByteData(u32 addr)
{
u8 data;
IIC_Start(); //發送起始信号
IIC_WriteOneByteData(AT24C02_WRITE_ADDR); //設定寫模式
IIC_GetACK();//擷取應答
IIC_WriteOneByteData(addr); //設定讀取資料的位置
IIC_GetACK();//擷取應答
IIC_Start(); //發送起始信号
IIC_WriteOneByteData(AT24C02_READ_ADDR); //設定讀模式
IIC_GetACK();//擷取應答
data=IIC_ReadOneByteData(); //接收資料
IIC_SendACK(1); //發送非應答信号
IIC_Stop(); //停止信号
return data;
}
/*
函數功能：AT24C02寫一個位元組的資料
函數形參：
addr:寫入的位址(0~255)
data:寫入的資料
*/
void At24c02WriteOneByteData(u32 addr,u8 data)
{
IIC_Start(); //發送起始信号
IIC_WriteOneByteData(AT24C02_WRITE_ADDR); //設定寫模式
IIC_GetACK();//擷取應答
IIC_WriteOneByteData(addr); //設定寫入資料的位置
IIC_GetACK();//擷取應答
IIC_WriteOneByteData(data); //設定寫入的資料
IIC_GetACK();//擷取應答
IIC_Stop(); //停止信号
DelayMs(10); //等待寫入完畢
}
/*
函數 功 能：AT24C02目前位置讀一個位元組資料
函數傳回值：讀出的資料
*/
u8 At24c02CurrentAddrReadOneByteData(void)
{
u8 data;
IIC_Start(); //發送起始信号
IIC_WriteOneByteData(AT24C02_READ_ADDR); //設定讀模式
IIC_GetACK();//擷取應答
data=IIC_ReadOneByteData(); //接收資料
IIC_SendACK(1); //發送非應答信号
IIC_Stop(); //停止信号
return data;
}
/*
函數功能：AT24C02連續讀資料
函數形參：
u8 addr //讀取的位址(0~255)
u8 len //讀取的長度
u8 *buff //讀出的資料存放緩沖區
*/
void At24c02ReadByteData(u32 addr,u8 len,u8 *buff)
{
u8 i;
IIC_Start(); //發送起始信号
IIC_WriteOneByteData(AT24C02_WRITE_ADDR); //設定寫模式
IIC_GetACK();//擷取應答
IIC_WriteOneByteData(addr); //設定讀取資料的位置
IIC_GetACK();//擷取應答
IIC_Start(); //發送起始信号
IIC_WriteOneByteData(AT24C02_READ_ADDR); //設定讀模式
IIC_GetACK();//擷取應答
for(i=0;i<len;i++)
{
buff[i]=IIC_ReadOneByteData(); //接收資料
IIC_SendACK(0); //發送應答信号
}
IIC_SendACK(1); //發送非應答信号
IIC_Stop(); //停止信号
}
/*
函數功能：AT24C02頁寫
函數形參：
addr:寫入的位址(0~255)
*data:寫入的資料緩沖區
len :寫入的長度
1. 頁寫的緩沖區大小是8個位元組，一次最多寫8個位元組進去。
2. 頁寫的位址是固定的。
0~7 是第一頁
8~15是第二頁
*/
void At24c02PageWrite(u32 addr,u8 *data,u8 len)
{
u8 i;
IIC_Start(); //發送起始信号
IIC_WriteOneByteData(AT24C02_WRITE_ADDR); //設定寫模式
IIC_GetACK();//擷取應答
IIC_WriteOneByteData(addr); //設定寫入資料的位置
IIC_GetACK();//擷取應答
for(i=0;i<len;i++)
{
IIC_WriteOneByteData(data[i]); //設定寫入的資料
IIC_GetACK();//擷取應答
}
IIC_Stop(); //停止信号
DelayMs(10); //等待寫入完畢
}
void AT24C02_WriteData(u32 addr,u8 *data,u8 len)
{
u32 page_remain=8-addr%8; //一頁剩餘的位元組數量
if(page_remain>=len)
{
page_remain=len;
}
while(1)
{
At24c02PageWrite(addr,data,page_remain);
if(page_remain==len)
{
break;
}
addr+=page_remain;
data+=page_remain;
len-=page_remain;
if(len>=8)page_remain=8;
else page_remain=len;
}
}