R6 STM32 I2C—读写EEPROM

STM32 I2C—读写EEPROM

I2C 通讯协议由于它引脚少，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，现在被广泛地使用在系统内多个集成电路(IC)间的通讯。

I2C 物理层

它是一个支持多设备的总线。“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。

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

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。

I2C 协议层

基本读写过程

主机写数据到从机：

主机由从机中读数据：

通讯复合格式：

通讯的起始和停止信号

当 SCL 线是高电平时 SDA 线从高电平向低电平切换，这个情况表示通讯的起始。

当 SCL 是高电平时 SDA 线由低电平向高电平切换，表示通讯的停止。

起始和停止信号一般由主机产生。

数据有效性(数据校验)

I2C使用SDA信号线来传输数据，使用SCL信号线进行数据同步。SDA数据线在SCL的每个时钟周期传输一位数据。

SCL为高电平的时候SDA表示的数据有效，即此时的SDA为高电平时表示数据“1”，为低电平时表示数据“0”。

当SCL为低电平时，SDA的数据无效，一般在这个时候SDA进行电平切换，为下一次表示数据做好准备。

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。设备地址可以是7位或10位。

紧跟设备地址的一个数据位R/W用来表示数据传输方向，数据方向位为“1”时表示主机由从机读数据，该位为“0”时表示主机向从机写数据。

一个字节八个数据位

七位数据设备地址+1/0=八位数据的读/写地址

STM32的I2C框图

STM32的I2C特性及架构

软件模拟协议：使用CPU直接控制通讯引脚的电平，产生出符合通讯协议标准的逻辑。

硬件实现协议：由STM32的I2C片上外设专门负责实现I2C通讯协议，只要配置好该外设，它就会自动根据协议要求产生通讯信号，收发数据并缓存起来，CPU只要检测该外设的状态和访问数据寄存器，就能完成数据收发。这种由硬件外设处理I2C协议的方式减轻了CPU的工作，且使软件设计更加简单。

**功能：**STM32的I2C外设可用作通讯的主机及从机，支持100Kbit/s和400Kbit/s的速

率，支持7位、10位设备地址，支持DMA数据传输，并具有数据校验功能。

1 通讯引脚

2 时钟控制逻辑

3 数据控制逻辑

4整体控制逻辑

通讯引脚

I 2 C 的所有硬件架构都是根据图中左侧 SCL 线和 SDA 线展开的(其中的 SMBA 线用于SMBUS的警告信号，I2C通讯没有使用)。STM32芯片有多个 I2C外设，它们的 I2C通讯信号引出到不同的 GPIO 引脚上，使用时必须配置到这些指定的引脚

时钟控制逻辑

SCL线的时钟信号，由 I 2 C 接口根据时钟控制寄存器(CCR)控制，控制的参数主要为时钟频率。配置 I2C的 CCR 寄存器可修改通讯速率相关的参数：

 可选择 I2C 通讯的“标准/快速”模式，这两个模式分别 I2C 对应 100/400Kbit/s 的通讯速率。

 在快速模式下可选择 SCL 时钟的占空比，可选 Tlow/Thigh=2 或 Tlow/Thigh=16/9模式，我们知道 I2C 协议在 SCL 高电平时对 SDA 信号采样，SCL 低电平时 SDA准备下一个数据，修改 SCL 的高低电平比会影响数据采样，但其实这两个模式的比例差别并不大，若不是要求非常严格，这里随便选就可以了。

 CCR 寄存器中还有一个 12 位的配置因子 CCR，它与 I2C 外设的输入时钟源共同作用，产生 SCL 时钟，STM32 的 I2C 外设都挂载在 APB1 总线上，使用 APB1 的时钟源 PCLK1，SCL信号线的输出时钟公式如下：

计算结果得出CCR为30，向该寄存器位写入此值则可以控制IIC的通讯速率为400KHz，其实即使配置出来的 SCL 时钟不完全等于标准的 400KHz，IIC 通讯的正确性也不会受到影响，因为所有数据通讯都是由 SCL协调的，只要它的时钟频率不远高于标准可。

数据控制逻辑

I2C 的 SDA 信号主要连接到数据移位寄存器上，数据移位寄存器的数据来源及目标是数据寄存器(DR)、地址寄存器(OAR)、PEC 寄存器以及 SDA 数据线。当向外发送数据的时候，数据移位寄存器以“数据寄存器”为数据源，把数据一位一位地通过 SDA 信号线发送出去;当从外部接收数据的时候，数据移位寄存器把 SDA 信号线采样到的数据一位一位地存储到“数据寄存器”中。若使能了数据校验，接收到的数据会经过 PCE 计算器运算，运算结果存储在“PEC 寄存器”中。当 STM32 的 I2C 工作在从机模式的时候，接收到设备地址信号时，数据移位寄存器会把接收到的地址与 STM32 的自身的“I2C 地址寄存器”的值作比较，以便响应主机的寻址。STM32 的自身 I2C 地址可通过修改“自身地址寄存器”修改，支持同时使用两个 I2C设备地址，两个地址分别存储在 OAR1和 OAR2中。

整体控制逻辑

整体控制逻辑负责协调整个 I2C 外设，控制逻辑的工作模式根据我们配置的“控制寄存器(CR1/CR2)”的参数而改变。在外设工作时，控制逻辑会根据外设的工作状态修改“状态寄存器(SR1 和 SR2)”，我们只要读取这些寄存器相关的寄存器位，就可以了解 I2C的工作状态。除此之外，控制逻辑还根据要求，负责控制产生 I2C 中断信号、DMA 请求及各种 I2C的通讯信号(起始、停止、响应信号等)。

通讯过程

使用 I2C 外设通讯时，在通讯的不同阶段它会对“状态寄存器(SR1及 SR2)”的不同数据位写入参数，我们通过读取这些寄存器标志来了解通讯状态。

主发送器

图中的是“主发送器”流程，即作为 I2C通讯的主机端时，向外发送数据时的过程。

假如我们使能了 I2C 中断，以上所有事件产生时，都会产生 I2C 中断信号，进入同一个中断服务函数，到 I2C中断服务程序后，再通过检查寄存器位来判断是哪一个事件。

主接收器

主接收器过程，即作为 I2C 通讯的主机端时，从外部接收数据的过程

在发送和接收过程中，有的事件不只是标志了我们上面提到的状态位，还可能同时标志主机状态之类的状态位，而且读了之后还需要清除标志位，比较复杂。我们可使用STM32标准库函数来直接检测这些事件的复合标志，降低编程难度。

I2C 初始化结构体详解

STM32 标准库提供了 I2C 初始化结构体及初始化函数来配置 I2C 外设。初始化结构体及函数定义在库文件“stm32f10x_i2c.h”及“stm32f10x_i2c.c”中。

//I2C 初始化结构体
typedef struct {
    uint32_t I2C_ClockSpeed; /*!< 设置 SCL 时钟频率，此值要低于 400000*/
    uint16_t I2C_Mode; /*!< 指定工作模式，可选 I2C 模式及 SMBUS 模式 */
    uint16_t I2C_DutyCycle; /*指定时钟占空比，可选 low/high = 2:1 及 16:9 模式*/
    uint16_t I2C_OwnAddress1; /*!< 指定自身的 I2C 设备地址 */
    uint16_t I2C_Ack; /*!< 使能或关闭响应(一般都要使能) */
    uint16_t I2C_AcknowledgedAddress; /*!< 指定地址的长度，可为 7 位及 10 位 */
} I2C_InitTypeDef;