STM32通信模拟 I2C

2022-05-09 20:38:29 浏览数 (1)

19.1 关于I2C

19.1.1 I2C 协议

I²C（Inter-Integrated Circuit），常读作“I方C”,它是一种多主从架构串行通信总线。在1980年由飞利浦公司设计，用于让主板、嵌入式系统或手机连接低速周边设备。如今在嵌入式领域是非常常见通信协议，常用于MPU/MCU与外部设备连接通信、数据传输。

I²C由两条线组成，一条双向串行数据线SDA，一条串行时钟线SCL。每个连接到总线的设备都有一个独立的地址，主机可以通过该地址来访问不同设备。因为I²C协议比较简单，常常用GPIO来模拟I²C时序，这种方法称为模拟I²C。如果使用MCU的I²C控制器，设置好I²C控制器, I²C控制器就自动实现协议时序，这种方式称为硬件I²C。因为I²C设备的速率比较低，通常两种方式都可以，模拟I²C方便移植，硬件I²C工作效率相对较高。

关于I²C协议，通过下面例子进行一个形象的比喻方便大家理解，如图 19.1.1 所示，老师（MCU）将球（数据）传给众多学生中的一个（众多外设设备中的一个）。

首先老师将球踢给某学生，即主机发送数据给从机，步骤如下：

  1. 老师：开始了(start)；
  2. 老师：A！我要发球给你！(地址/方向)；
  3. 学生A：到！(回应)；
  4. 老师把球发出去（传输）；
  5. A收到球之后，应该告诉老师一声（回应）；
  6. 老师：结束（停止）；

接着老师让学生把球传给自己，即从机发送数据给主机，步骤如下：

  1. 老师：开始了(start)；
  2. 老师：B！把球发给我！(地址/方向)；
  3. 学生B：到！
  4. B把球发给老师（传输）；
  5. 老师收到球之后，给B说一声，表示收到球了（回应）；
  6. 老师：结束（停止）。

从上面的例子可知，都是老师（主机）主导传球，按照规范的流程（通信协议），以保证传球的准确性， 收发球的流程总结如下： ① 老师说开始了，表示开始信号(start)； ② 老师提醒某个学生要发球，表示发送地址和方向(address/read/write)； ③ 该学生回应老师(ack)； ④ 老师发球/接球，表示数据的传输； ⑤ 收到球要回应：回应信号(ACK)； ⑥ 老师说结束，表示IIC传输结束§。

以上就是I²C的传输协议，如果是软件模拟I²C，需要依次实现每个步骤。因此，还需要知道每一步的具体细节，比如什么时候的数据有效，开始信号怎么表示。

数据有效性 I²C由两条线组成，一条双向串行数据线SDA，一条串行时钟线SCL。SDA线上的数据必须在时钟的高电平周期保持稳定，数据线的高或低电平状态只有在 SCL 线的时钟信号是低电平时才能改变。换言之，SCL为高电平时表示有效数据，SDA为高电平表示“1”，低电平表示“0”；SCL为低电平时表示无效数据，此时SDA会进行电平切换，为下次数据表示做准备。数据有效性示意图如图 19.1.2 所示.。

开始信号和结束信号 I²C起始信号（S）：当SCL高电平时，SDA由高电平向低电平转换； I²C停止信号（P）：当SCL高电平时，SDA由低电平向高电平转换；

应答信号 I²C每次传输的8位数据，每次传输后需要从机反馈一个应答位，以确认从机是否正常接收了数据。当主机发送了8位数据后，会再产生一个时钟，此时主机放开SDA的控制，读取SDA电平，在上拉电阻的影响下，此时SDA默认为高，必须从机拉低，以确认收到数据。

完整传输流程 I²C完整传输流程如下： ① SDA和SCL开始都为高，然后主机将SDA拉低，表示开始信号；

② 在接下来的8个时间周期里，主机控制SDA的高低，发送从机地址。其中第8位如果为0，表示接下来是写操作，即主机传输数据给从机；如果为1，表示接下来是读操作，即从机传输数据给主机；另外，数据传输是从最高位到最低位，因此传输方式为MSB（Most Significant Bit）。

③ 总线中对应从机地址的设备，发出应答信号；

④ 在接下来的8个时间周期里，如果是写操作，则主机控制SDA的高低；如果是读操作，则从机控制SDA的高低；

⑤ 每次传输完成，接收数据的设备，都发出应答信号； ⑥ 最后，在SCL为高时，主机由低拉高SDA，表示停止信号，整个传输结束；

19.1.2 EEPROM 介绍

EEPROM的全称是“电可擦除可编程只读存储器”，即Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory。通常用于存放用户配置信息数据，比如在开发板首次运行时，需要屏幕校准，校准后的配置信息就可以保存在EEPROM里，开发板断电后配置信息不丢失，下次启动，开发板自动读取EEPROM的校准配置信息，就不需要重新校准。

EEPROM和Flash的本质上是一样的，Flash包括MCU内部的Flash和外部扩展的Flash，本开发板就有一个SPI接口的外部Flash（W25Q64），在后面SPI接口再讲解。从功能上，Flash通常存放运行代码，运行过程中不会修改，而EEPROM存放用户数据，可能会反复修改。从结构上，Flash按扇区操作，EEPROM通常按字节操作。两者区别这里不再过多赘述，读者理解EEPROM在嵌入式中扮演的角色即可。

结构组成 EEPROM类型众多，其中比较常见是AT24Cxx系列，从命名上看，AT24Cxx中xx的单位是K Bit，如AT24C08，其存储容量为8K Bit。本开发板上的EEPROM型号为AT24C02，其存储容量为2K Bit，2*1024=2048Bit。

对于AT24C01/02，每页大小为8 Byte，对于AT24C04/08/16，每页大小为16 Byte。如图 19.1.6 所示，AT24C02由32页（Page）组成，每一页由8个字节（Byte）组成，每个Byte由8位（Bit）组成，Bit为最小存储单位，存放1个0或1。

设备地址 I²C设备都会有一个设备地址，不同容量的AT24C02，设备地址定义会有所差异，由芯片数据手册《AT24Cxx.pdf》可知，如图 19.1.7 所示。

AT24C02的容量为2K，对应上图中的第一行，高四位固定为“1010”，中间三位由A2、A1、A0引脚的电平决定，比如A2~0引脚全接地，则值为“000”，最后的最低位为读写位，0代表写命令，1代表读命令。

A2、A1、A0引脚电平需要由原理图决定，假设全接电源地，则如果需要向AT24C02写数据，则发送地址“1010 0000”，如果需要向AT24C02读数据，则发送地址“1010 0001”。

假设开发板有多个AT24C02挂在同一I²C总线上，通过这个规则，只需设计电路时，让A2、A1、A0引脚电平不同，即可区分两个AT24C02。

对于容量再大一点的AT24Cxx系列，比如AT24C04，器件地址由A2、A1引脚决定，数据空间有P0决定。比如对AT24C04的0-2K空间操作，则P0为0，对2K-4K空间操作，则P0为1。

写AT24Cxx AT24Cxx支持字节写模式和页写模式。字节写模式是一个地址一个数据的写；页写模式是连续写数据，一个地址多个数据的写，但是页写模式不能自动跨页，如果超出一页长度，超出的数据会覆盖原先写入的数据。

如图 19.1.8 所示，为AT24Cxx字节写模式的时序，在MCU发出开始信号（Start）后，发出8 Bit的设备地址信息（图中读写位为低电平，即写数据），待收到AT24Cxx应答信号后，再发出要写的数据地址，再次等待AT24Cxx应答，最后发出8 Bit数据写数据，待AT24Cxx应答后，发出停止信号（Stop），完成一次单字节写数据。

AT24C02容量为2K，因此数据地址范围为0x000xFF，即0255，每个数据地址每次写1Byte，即8bit，也就刚好2568=2048Bit。对于1K容量的产品，数据地址范围为0x00~0x7F，最高位不会用到，因此图中数据地址的最高位为“”，意思是对于1K容量的产品，该位无需关心。

图 19.1.10 为AT24Cxx的页写模式时序，与字节写模式的差异在于，不是只发送1Byte数据，而是任意多个。需要注意，该模式不能跨页写，遇到跨页时，需要重新发送完整的时序。

值得一提的是，《AT24Cxx.pdf》里提到每次写完之后，再到下次写之前，需要间隔5ms时间，以确保上次写操作在芯片内部完成，如图 19.1.11 所示。

读AT24Cxx AT24Cxx支持当前地址读模式、随机地址读模式和顺序读模式。当前地址读模式就是在上一次读/写操作之后的最后位置，继续读出数据，比如上次读/写在地址n，接下来可以直接从n 1处读出数据；随机地址读模式是指定数据地址，然后读出数据；顺序读模式是连续读出多个数据。

在当前地址读模式下，无需发送数据地址，数据地址为上一次读/写操作之后的位置，时序如图 19.1.12所示，注意在结尾，主机接收数据后，无需产生应答信号。

在当前地址读模式下，需要先发送设备地址，待读的数据地址，接着再重新发出开始信号，设备地址，读出数据，时序如图 19.1.13 所示。

在顺序读模式下，需要先从当前地址读模式或随机地址读模式启动，随后便可连续读多个数据，时序如图 19.1.14 所示

19.2 硬件设计

如图 19.2.1 为开发板EEPROM部分的原理图，U4为AT24C02芯片，它的A0、A1、A2都接地，因此该设备地址为“1010 000X”，当读该设备时，X为1，写该设备时，X为0。

U4的7脚为写保护引脚（Write Protect，WP），当该引脚为高，则禁止写AT24C02，这里直接拉低WP，任何时候都可直接写AT24C02。

此外，I2C的两个脚SCL和SDA都进行了上拉处理，从而保证I2C总线空闲时，两根线都必须为高电平。如果没有上拉，在主机发送完数据后，放开SDA，此时SDA的电平状态不确定，可能为高，也可能为低，无法确定是从机拉低给出应答信号。

结合原理图可知，PB6作为了I2C1的SCL，PB7作为了I2C1的SDA。

19.3 软件设计

19.3.1 软件设计思路

实验目的：本实验通过GPIO模拟I2C总线时序，对EEPROM设备AT24C02进行读写操作。

  1. 引脚初始化：GPIO端口时钟使能、GPIO引脚设置为输入/输出模式（PB6、PB7）；
  2. 封装I2C每个环节的时序函数：起始信号、响应信号、读写数据、停止信号；
  3. 使用I2C协议函数，实现对AT24C02的读写；
  4. 主函数，每按一次按键，写一次AT24C02，接着读出来验证是否和写的数据一致； 本实验配套代码位于“5_程序源码11_通信—模拟I2C”。

19.3.2 软件设计讲解

GPIO选择与接口定义

首先定义SCL和SDA引脚，引脚的高低电平宏定义，如代码段 19.3.1 所示。

代码段 19.3.1 模拟 I2C 引脚相关定义（driver_i2c.h）

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/************************* I2C 硬件相关定义 *************************/
#define ACK (0)
#define NACK (1)
#define SCL_PIN GPIO_PIN_6
#define SCL_PORT GPIOB
#define SCL_PIN_CLK_EN() __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
#define SDA_PIN GPIO_PIN_7
#define SDA_PORT GPIOB
#define SDA_PIN_CLK_EN() __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
#define SCL_H() HAL_GPIO_WritePin(SCL_PORT, SCL_PIN, GPIO_PIN_SET)
#define SCL_L() HAL_GPIO_WritePin(SCL_PORT, SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET)
#define SCL_INPUT() HAL_GPIO_ReadPin(SCL_PORT, SCL_PIN)
#define SDA_H() HAL_GPIO_WritePin(SDA_PORT, SDA_PIN, GPIO_PIN_SET)
#define SDA_L() HAL_GPIO_WritePin(SDA_PORT, SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET)
#define SDA_INPUT() HAL_GPIO_ReadPin(SDA_PORT, SDA_PIN)

接着将两个GPIO引脚初始化，使能引脚时钟，先默认设置为输出模式。SCL引脚为时钟信号，始终为输出模式，SDA引脚为数据引脚，可能输出或者输入，因此还需要编写函数实现输入、输出的切换，如代码段19.3.2 所示。

代码段 19.3.2 I2C 引脚初始化（driver_i2c.c）

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/*
* 函数名：void I2C_Init(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：初始化模拟 I2C 的引脚为输出状态且 SCL/SDA 都初始为高电平
*/
void I2C_Init(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
SCL_PIN_CLK_EN();
SDA_PIN_CLK_EN();
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStruct.Pin = SCL_PIN;
HAL_GPIO_Init(SCL_PORT, &GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.Pin = SDA_PIN;
HAL_GPIO_Init(SDA_PORT, &GPIO_InitStruct);
SCL_H();
SDA_H(); }
/*
* 函数名：static void I2C_SDA_OUT(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：配置 SDA 引脚为输出
*/
static void I2C_SDA_OUT(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStruct.Pin = SDA_PIN;
HAL_GPIO_Init(SDA_PORT, &GPIO_InitStruct); }
/*
* 函数名：static void I2C_SDA_IN(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：配置 SDA 引脚为输入
*/
static void I2C_SDA_IN(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
GPIO_InitStruct.Pin = SDA_PIN;
HAL_GPIO_Init(SDA_PORT, &GPIO_InitStruct); }
I2C时序函数

开始信号/结束信号 参考前面图 19.1.3 所示的开始信号和结束信号编写程序。对于开始信号，首先将SDA和SCL都拉高，随后SDA拉低，再SCL拉低。对于结束信号，首先拉低SDA，拉高SCL，再拉低SDA，代码如代码段 19.3.3所示。

代码段 19.3.3 I2C 开始信号和结束信号（driver_i2c.c）

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/*
* 函数名：void I2C_Start(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：I2C 开始信号
*/
void I2C_Start(void) {
I2C_SDA_OUT();
SCL_H();
I2C_Delay();
SDA_H();
I2C_Delay();
SDA_L();
I2C_Delay();
SCL_L();
I2C_Delay(); }
/*
* 函数名：void I2C_Stop(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：I2C 停止信号
*/
void I2C_Stop(void) {
I2C_SDA_OUT();
SDA_L();
I2C_Delay();
SCL_H();
I2C_Delay();
SDA_H();
I2C_Delay(); }
信号/非应答信号/等待应答信号

参考前面图 19.1.4 所示，编译应答信号，如代码段 19.3.4 所示。

代码段 19.3.4 应答/非应答/等待应答信号（driver_i2c.c）

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/*
* 函数名：void I2C_ACK(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：I2C 发出应答信号
*/
void I2C_ACK(void) {
I2C_SDA_OUT();
SCL_L();
I2C_Delay();
SDA_L();
I2C_Delay();
SCL_H();
I2C_Delay();
SCL_L();
I2C_Delay(); }
/*
* 函数名：void I2C_NACK(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：I2C 发出非应答信号
*/
void I2C_NACK(void) {
I2C_SDA_OUT();
SCL_L();
I2C_Delay();
SDA_H();
I2C_Delay();
SCL_H();
I2C_Delay();
SCL_L();
I2C_Delay(); }
/*
* 函数名：uint8_t I2C_GetACK(void)
* 输入参数：
* 输出参数：无
* 返回值：1 无应答，0 有应答
* 函数作用：I2C 等待从机的应答信号
*/
uint8_t I2C_GetACK(void) {
uint8_t time = 0;
I2C_SDA_IN();
SCL_L();
I2C_Delay();
SDA_H();
I2C_Delay();
SCL_H();
I2C_Delay();
while(SDA_INPUT()) {
time  ;
if(time>250) {
SCL_L();
return 1; } }
SCL_L();
return 0; }
  • 8~23行：应答信号，在一个SDA时钟周期里，将SCL拉低；
  • 32~47行：非应答信号，在一个SDA时钟周期里，将SCL拉高；
  • 56~82行：等待应答信号，拉高SDA后放开SDA，读取SDA是否被拉低，如果拉低返回0，否则返回1；
发送/接收函数

最后还剩发送/接收函数，如代码段 19.3.5 所示。对于发送函数，控制SDA产生8个时钟周期，每个时钟周期里控制SDA高低电平发送1位数据。对于接收函数，控制SDA产生8个时钟周期，每个时钟周期里读取SDA高低电平接收1位数据。

代码段 19.3.5 发送/接收函数（driver_i2c.c）

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/*
* 函数名：void I2C_SendByte(uint8_t data)
* 输入参数：data->发送的数据
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：I2C 发送一个字节
*/
void I2C_SendByte(uint8_t data)
{
uint8_t cnt = 0;
I2C_SDA_OUT();
for(cnt=0; cnt<8; cnt  ) {
SCL_L();
I2C_Delay();
if(data & 0x80) {
SDA_H(); }
else
{
SDA_L(); }
data = data<<1;
SCL_H();
I2C_Delay(); }
SCL_L();
I2C_Delay();
I2C_GetACK(); }
/*
* 函数名：uint8_t I2C_ReadByte(uint8_t ack)
* 输入参数：ack->发送的应答标志，1 应答，0 非应答
* 输出参数：无
* 返回值：返回读到的字节
* 函数作用：I2C 读出一个字节
*/
uint8_t I2C_ReadByte(uint8_t ack)
{
uint8_t cnt;
uint8_t data = 0xFF;
SCL_L();
I2C_Delay();
for(cnt=0; cnt<8; cnt  ) {
SCL_H(); //SCL 高(读取数据)
I2C_Delay();
data <<= 1;
if(SDA_INPUT()) {
data |= 0x01; //SDA 高(数据为 1) }
SCL_L();
I2C_Delay(); }
//发送应答信号，为低代表应答，高代表非应答
if(ack == 0) {
I2C_ACK(); }
else
{
I2C_NACK(); }
return data; //返回数据
}
  • 14~31行：循环8次，每次循环： – 16行：先拉低SCL； – 19~26行：将输入的数据data与0x08且运算，得到最高位的值，从而控制SDA输出对应的高、低电平; – 27行：将data左移一位，得到次高位； – 29行：拉高SCL，让SDA处于稳定期，从设备即可获取SDA的值；
  • 35行：等待从设备的应答信号；
  • 53~65行：循环8次，每次循环： – 55行：先拉高SCL，此时认为从设备控制SDA电平，处于稳定期； – 58行：将data左移1位，以确保收到数据按最高位在前存放； – 59~62行：读取SDA电平，如果为高，保存到data当前最低位，否则data最低位默认为0； – 63行：SCL拉低，此时从设备继续控制SDA电平变化
  • 66~74行：根据传入的参数，决定是否发送应答信号；

整个I2C协议函数中，经常用到“ I2C_Delay()”来实现SCL时钟周期。对于AT24Cxx，由其芯片手册可知，时钟脉冲宽度（Clock Pulse Width）需要大于5us，也就是SCL如果刚变为高电平，需要等待至少5us才能变为低电平，因此定义“ I2C_Delay()”为5us以上即可。

代码语言：javascript复制
#define I2C_Delay() us_timer_delay(5) // Clock Pulse Width >5us

这里的“us_timer_delay()”可以由定时器提供，也可以使用循环提供，前者精度更高，效果更好。定时器的介绍在后面章节，本章不作分析，延时函数的两者方式如代码段 19.3.6 所示。

代码段 19.3.6 延时函数的实现（driver_timer.c）

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#if 0
/*
* 函数名：void us_timer_delay(uint16_t t)
* 输入参数：t-延时时间 us
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：定时器实现的延时函数，延时时间为 t us，为了缩短时间，函数体使用寄存器操作，用户可对照手册查看每个寄存器每一位的意义
*/
void us_timer_delay(uint16_t t)
{
uint16_t counter = 0;
__HAL_TIM_SET_AUTORELOAD(&htim, t);
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim, counter);
HAL_TIM_Base_Start(&htim);
while(counter != t)
{
counter = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim);
}
HAL_TIM_Base_Stop(&htim);
}
#else
/*
* 函数名：void us_timer_delay(uint16_t t)
* 输入参数：t-延时时间 us
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：延时粗略实现的延时函数，延时时间为 t us
*/
void us_timer_delay(uint16_t t)
{
uint16_t counter = 0;
while(t--) {
counter=10;
while(counter--) ; } }
#endif
AT24C02读写函数

编写好I2C协议函数后，参考AT24C02手册编写读写数据函数，如代码段 19.3.7 所示。

代码段 19.3.7 读写 AT24C02 一字节数据（driver_eeprom.c）

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/*
* 函数名：uint8_t EEPROM_WriteByte(uint16_t addr, uint8_t data)
* 输入参数：addr -> 写一个字节的 EEPROM 初始地址
* data -> 要写的数据
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：EEPROM 写一个字节
*/
void EEPROM_WriteByte(uint16_t addr, uint8_t data)
{
/* 1. Start */
I2C_Start();
/* 2. Write Device Address */
I2C_SendByte( EEPROM_DEV_ADDR | EEPROM_WR );
/* 3. Data Address */
if(EEPROM_WORD_ADDR_SIZE==0x08) {
I2C_SendByte( (uint8_t)(addr & 0x00FF) ); }
else
{
I2C_SendByte( (uint8_t)(addr>>8) );
I2C_SendByte( (uint8_t)(addr & 0x00FF) ); }
/* 4. Write a byte */
I2C_SendByte(data);
/* 5. Stop */
I2C_Stop(); }
/*
* 函数名：uint8_t EEPROM_ReadByte(uint16_t addr, uint8_t *pdata)
* 输入参数：addr -> 读一个字节的 EEPROM 初始地址
* data -> 要读的数据指针
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：EEPROM 读一个字节
*/
void EEPROM_ReadByte(uint16_t addr, uint8_t *pdata)
{
/* 1. Start */
I2C_Start();
/* 2. Write Device Address */
I2C_SendByte( EEPROM_DEV_ADDR | EEPROM_WR );
/* 3. Data Address */
if(EEPROM_WORD_ADDR_SIZE==0x08) {
I2C_SendByte( (uint8_t)(addr & 0x00FF) ); }
else
{
I2C_SendByte( (uint8_t)(addr>>8) );
I2C_SendByte( (uint8_t)(addr & 0x00FF) ); }
/* 4. Start Again */
I2C_Start();
/* 5. Write Device Address Read */
I2C_SendByte( EEPROM_DEV_ADDR | EEPROM_RD );
/* 6.Read a byte */
*pdata = I2C_ReadByte(NACK);
/* 7. Stop */
I2C_Stop(); }

参加前面图 19.2.1 和图 19.1.13 所示的介绍时序，编写AT24C02一字节读写程序。

  • 9~33行：写AT24C02一字节数据； – 12行：发送I2C开始信号； – 15行：发送AT24C02的设备地址，最后一位表示写操作； – 18~26行：根据EEPROM型号，调用不同的数据地址长度设置函数（AT24C01/02为8位，AT24C04/08/16 为16位）； – 29行：发送数据； – 32行：发送I2C停止信号；
  • 43~73行：读AT24C02一字节数据； – 46行：发送I2C开始信号； – 49行：发送AT24C02的设备地址，最后一位表示写操作（接下来要写数据地址）； – 52~60行：根据EEPROM型号，调用不同的数据地址长度设置函数（AT24C01/02为8位，AT24C04/08/16 为16位）； – 63行：再次发送I2C开始信号； – 66行：发送AT24C02的设备地址，最后一位表示读操作； – 69行：读取AT24C02数据，且无需ACK； – 72行：发送I2C停止信号；

实现了对AT24C02单字节的读写，还需要实现多字节的读写。多字节读写可以通过AT24Cxx的页写模式和顺序读模式，实现多个数据的连续读写。在页写模式时，需要程序上设置，不能跨页写，这里简单处理，直接多次调用前面的单次读写即可，如代码段 19.3.8 所示。

代码段 19.3.8 读写 AT24C02 多字节数据（driver_eeprom.c）

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/*
* 函数名：void EEPROM_Write_NBytes(uint16_t addr, uint8_t *pdata, uint16_t sz)
* 输入参数：addr -> 写一个字节的 EEPROM 初始地址
* data -> 要写的数据指针
* sz -> 要写的字节个数
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：EEPROM 写 N 个字节
*/
void EEPROM_Write_NBytes(uint16_t addr, uint8_t *pdata, uint16_t sz)
{
uint16_t i = 0;
for(i=0; i<sz; i  )

EEPROM_WriteByte(addr, pdata[i]);
addr  ;
HAL_Delay(10); // Write Cycle Time 5ms
} }
/*
* 函数名：void EEPROM_Read_NBytes(uint16_t addr, uint8_t *pdata, uint16_t sz)
* 输入参数：addr -> 读一个字节的 EEPROM 初始地址
* data -> 要读的数据指针
* sz -> 要读的字节个数
* 输出参数：无
* 返回值：无
* 函数作用：EEPROM 读 N 个字节
*/
void EEPROM_Read_NBytes(uint16_t addr, uint8_t *pdata, uint16_t sz)
{
uint16_t i = 0;
for(i=0; i<sz; i  ) {
EEPROM_ReadByte(addr, &pdata[i]);
addr  ; } }

需要注意的是，AT24Cxx每次写操作后，有一个写间隔，需要间隔5ms以上，因此在写多个字节时，每次写完都需要延时5ms以上。

主函数控制逻辑

在主函数里，每按一下按键，调用“EEPROM_Write_Nbytes()”对AT24C02写一串数据，再调用“EEPROM_Read_Nbytes()”读出该数据，如代码段 19.3.9 所示。

代码段 19.3.9 主函数控制逻辑（main.c）

代码语言：javascript复制
// 初始化 I2C
I2C_Init();
while(1) {
if(key_flag) // 按键按下
{
key_flag = 0;
printf("nr");
printf("Start write and read eeprom.nr");
// 读写一串字符，并打印
EEPROM_Write_NBytes(0, tx_buffer, sizeof(tx_buffer)); // 写数据
HAL_Delay(1);
EEPROM_Read_NBytes(0, rx_buffer, sizeof(tx_buffer)); // 读数据
HAL_Delay(1);
printf("EEPROM Write: %snr", tx_buffer);
printf("EEPROM Read : %snr", rx_buffer);
memset((uint8_t*)rx_buffer, 0, sizeof(rx_buffer)); // 清空接收的数据
} }

19.4 实验效果

本实验对应配套资料的“5_程序源码11_通信—模拟I2C”。打开工程后，编译，下载，按下按键KEY1（KEY_U），即可看到串口如图 19.4.1 所示。

flash bit byte driver gpio

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