STM32入门开发: 采用IIC硬件时序读写AT24C08(EEPROM)

简介: STM32入门开发: 采用IIC硬件时序读写AT24C08(EEPROM)

一、环境介绍

编程软件: keil5


操作系统: win10


MCU型号: STM32F103ZET6


STM32编程方式: 寄存器开发 (方便程序移植到其他单片机)


IIC总线:  STM32本身支持IIC硬件时序的,上篇文章已经介绍了采用IIC模拟时序读写AT24C02,这篇文章介绍STM32的硬件IIC配置方法,并读写AT24C08。


文章地址: https://xiaolong.blog.csdn.net/article/details/117586108


模拟时序更加方便移植到其他单片机,通用性更高,不分MCU;硬件时序效率更高,每个MCU配置方法不同,依赖硬件本身支持。


器件型号: 采用AT24C08  EEPROM存储芯片


完整的工程源码下载地址,下载即可编译运行测试(包含了模拟IIC时序、STM32硬件IIC时序分别驱动AT24C02和AT24C08):  https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/19399945


二、AT24C08存储芯片介绍

2.1 芯片功能特性介绍

AT24C08 是串行CMOS类型的EEPROM存储芯片,AT24C0x这个系列包含了AT24C01、AT24C02、AT24C04、AT24C08、AT24C16这些具体的芯片型号。


他们容量分别是:1K (128 x 8)、2K (256 x 8)、8K (1024 x 8)、16K (2048 x 8)  ,其中的8表示8位(bit)


它们的管脚功能、封装特点如下:

image.png

image.png

image.png

芯片功能描述:


AT24C08系列支持I2C,总线数据传送协议I2C,总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器;数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器,但由主器件控制传送数据(发送或接收)的模式。


芯片特性介绍:


1. 低压和标准电压运行

         –2.7(VCC=2.7伏至5.5伏)

         –1.8(VCC=1.8伏至5.5伏)


2. 两线串行接口(SDA、SCL)


3. 有用于硬件数据保护的写保护引脚


4. 自定时写入周期(5毫秒~10毫秒),因为内部有页缓冲区,向AT24C0x写入数据之后,还需要等待AT24C0x将缓冲区数据写入到内部EEPROM区域.


5. 数据保存可达100年


6. 100万次擦写周期


7. 高数据传送速率为400KHz、低速100KHZ和IIC总线兼容。 100 kHz(1.8V)和400 kHz(2.7V、5V)


8. 8字节页写缓冲区

      这个缓冲区大小与芯片具体型号有关: 8字节页(1K、2K)、16字节页(4K、8K、16K)

   


2.2 芯片设备地址介绍

image.png

image.png

因为IIC协议规定,每次传递数据都是按8个字节传输的,AT24C08是1024字节,地址的选择上与AT24C02有所区别;


IIC设备的标准地址位是7位。上面这个图里AT24C08的1010是芯片内部固定值,A2 是硬件引脚、由硬件决定电平;P1、P0是空间存储块选择,每个存储块大小是256字节,寻址范围是0~255,AT24C08相当于是4块AT24C02的构造;最后一位是读/写位(1是读,0是写),读写位不算在地址位里,但是根据IIC的时序顺序,在操作设备前,都需要先发送7位地址,再发送1位读写位,才能启动对芯片的操作,我们在写模拟时序为了方便统一写for循环,按字节发送,所以一般都是将7地址位与1位读写位拼在一起,组合成1个字节,方便按字节传输数据。


我现在使用的开发板上AT24C08的原理图是这样的:


image.png

那么这个AT24C08的标准设备地址分别是:


第一块区域:  0x50(十六进制),对应的二进制就是: 1010000


第二块区域:  0x51(十六进制),对应的二进制就是: 1010001


第三块区域:  0x52(十六进制),对应的二进制就是: 1010010


第四块区域:  0x53(十六进制),对应的二进制就是: 1010011


如果将读写位组合在一起,读权限的设备地址:


第一块区域:  0xA1(十六进制),对应的二进制就是: 10100001


第二块区域:  0xA3(十六进制),对应的二进制就是: 10100011


第三块区域:  0xA5(十六进制),对应的二进制就是: 10100101


第四块区域:  0xA7(十六进制),对应的二进制就是: 10100111


如果将读写位组合在一起,写权限的设备地址:


第一块区域:  0xA0(十六进制),对应的二进制就是: 10100000


第二块区域:  0xA2(十六进制),对应的二进制就是: 10100010


第三块区域:  0xA4(十六进制),对应的二进制就是: 10100100


第四块区域:  0xA6(十六进制),对应的二进制就是: 10100110


2.3  对AT24C08 按字节写数据的指令流程(时序)

image.png

详细解释:


1.  先发送起始信号


2.  发送设备地址(写权限)


3. 等待AT24C08应答、低电平有效


4. 发送存储地址、AT24C08内部一共有256个字节空间,寻址是从0开始的,范围是(0~255);发送这个存储器地址就是告诉AT24C08接下来的数据改存储到哪个地方。


5. 等待AT24C08应答、低电平有效


6. 发送一个字节的数据,这个数据就是想存储到AT24C08里保存的数据。


7. 等待AT24C08应答、低电平有效


8. 发送停止信号



2.3  对AT24C08 按页写数据的指令流程(时序)

image.png

详细解释:


1.  先发送起始信号


2.  发送设备地址(写权限)


3. 等待AT24C08应答、低电平有效


4. 发送存储地址、AT24C08内部一共有256个字节空间,寻址是从0开始的,范围是(0~255);发送这个存储器地址就是告诉AT24C08接下来的数据改存储到哪个地方。


5. 等待AT24C08应答、低电平有效


6. 可以循环发送8个字节的数据,这些数据就是想存储到AT24C08里保存的数据。


   AT24C08的页缓冲区是16个字节,所有这里的循环最多也只能发送16个字节,多发送的字节会将前面的覆盖掉。


  需要注意的地方:  这个页缓冲区的寻址也是从0开始,比如:  0~15算第1页,16~32算第2页......依次类推。 如果现在写数据的起始地址是3,那么这一页只剩下13个字节可以写;并不是说从哪里都可以循环写16个字节。


     详细流程: 这里程序里一般使用for循环实现


    (1).  发送字节1


    (2). 等待AT24C08应答,低电平有效


    (3). 发送字节2


    (4). 等待AT24C08应答,低电平有效


    .........


    最多8次.  


7. 等待AT24C08应答、低电平有效


8. 发送停止信号


2.4  从AT24C08任意地址读任意字节数据(时序)

image.png

AT24C08支持当前地址读、任意地址读,最常用的还是任意地址读,因为可以指定读取数据的地址,比较灵活,上面这个指定时序图就是任意地址读。


详细解释:


1.  先发送起始信号


2.  发送设备地址(写权限)


3. 等待AT24C08应答、低电平有效


4. 发送存储地址、AT24C08内部一共有2048个字节空间,寻址是从0开始的,范围是(0~1024);发送这个存储器地址就是告诉AT24C08接下来应该返回那个地址的数据给单片机。


5. 等待AT24C08应答、低电平有效


6.  重新发送起始信号(切换读写模式)


7. 发送设备地址(读权限)


8.  等待AT24C08应答、低电平有效


9. 循环读取数据:  接收AT24C08返回的数据.


  读数据没有字节限制,可以第1个字节、也可以连续将整个芯片读完。


10. 发送非应答(高电平有效)


11. 发送停止信号


三、IIC总线介绍

      2.1 IIC总线简介

I2C(Inter-Integrated Circuit)总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备,是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准。具有接口线少,控制方式简单,器件封装形式小,通信速率较高等优点。


I2C规程运用主/从双向通讯。器件发送数据到总线上,则定义为发送器,器件接收数据则定义为接收器。主器件和从器件都可以工作于接收和发送状态。


I2C 总线通过串行数据(SDA)线和串行时钟(SCL)线在连接到总线的器件间传递信息。每个器件都有一个唯一的地址识别,而且都可以作为一个发送器或接收器(由器件的功能决定)。


I2C有四种工作模式:

      1.主机发送

      2.主机接收

      3.从机发送

      4.从机接收


I2C总线只用两根线:串行数据SDA(Serial Data)、串行时钟SCL(Serial Clock)。


总线必须由主机(通常为微控制器)控制,主机产生串行时钟(SCL)控制总线的传输方向,并产生起始和停止条件。


SDA线上的数据状态仅在SCL为低电平的期间才能改变。


2.2 IIC总线上的设备连接图

image.png

I2C 总线在物理连接上非常简单,分别由SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)及上拉电阻组成。通信原理是通过对SCL和SDA线高低电平时序的控制,来产生I2C总线协议所需要的信号进行数据的传递。在总线空闲状态时,这两根线一般被上面所接的上拉电阻拉高,保持着高电平。


其中上拉电阻范围是4.7K~100K。


2.3 I2C总线特征

I2C总线上的每一个设备都可以作为主设备或者从设备,而且每一个从设备都会对应一个唯一的地址(可以从I2C器件的数据手册得知)。主从设备之间就通过这个地址来确定与哪个器件进行通信,在通常的应用中,我们把CPU带I2C总线接口的模块作为主设备,把挂接在总线上的其他设备都作为从设备。


1.    总线上能挂接的器件数量

    I2C总线上可挂接的设备数量受总线的最大电容400pF 限制,如果所挂接的是相同型号的器件,则还受器件地址的限制。

   一般I2C设备地址是7位地址(也有10位),地址分成两部分:芯片固化地址(生产芯片时候哪些接地,哪些接电源,已经固定),可编程地址(引出IO口,由硬件设备决定)。

    例如: 某一个器件是7 位地址,其中10101 xxx  高4位出厂时候固定了,低3位可以由设计者决定。

则一条I2C总线上只能挂该种器件最少8个。

如果7位地址都可以编程,那理论上就可以达到128个器件,但实际中不会挂载这么多。


2.    总线速度传输速度:

I2C总线数据传输速率在标准模式下可达100kbit/s,快速模式下可达400kbit/s,高速模式下可达3.4Mbit/s。一般通过I2C总线接口可编程时钟来实现传输速率的调整。


3.    总线数据长度

I2C总线上的主设备与从设备之间以字节(8位)为单位进行双向的数据传输。


2.4 I2C总线协议基本时序信号

空闲状态:SCL和SDA都保持着高电平。


起始条件:总线在空闲状态时,SCL和SDA都保持着高电平,当SCL为高电平期间而SDA由高到低的跳变,表示产生一个起始条件。在起始条件产生后,总线处于忙状态,由本次数据传输的主从设备独占,其他I2C器件无法访问总线。


停止条件:当SCL为高而SDA由低到高的跳变,表示产生一个停止条件。


答应信号:每个字节传输完成后的下一个时钟信号,在SCL高电平期间,SDA为低,则表示一个应答信号。


非答应信号:每个字节传输完成后的下一个时钟信号,在SCL高电平期间,SDA为高,则表示一个应答信号。应答信号或非应答信号是由接收器发出的,发送器则是检测这个信号(发送器,接收器可以从设备也可以主设备)。


注意:起始和结束信号总是由主设备产生。



2.5  起始信号与停止信号

起始信号就是:  时钟线SCL处于高电平的时候,数据线SDA由高电平变为低电平的过程。SCL=1;SDA=1;SDA=0;


停止信号就是: 时钟线SCL处于低电平的时候,  数据线SDA由低电平变为高电平的过程。SCL=1;SDA=0;SDA=1;


image.png

2.6  应答信号

数据位的第9位就时应答位。 读取应答位的流程和读取数据位是一样的。示例:   SCL=0;SCL=1;ACK=SDA;       这个ACK就是读取的应答状态。

image.png

2.7 数据位传输时序

通过时序图了解到,SCL处于高电平的时候数据稳定,SCL处于低电平的时候数据不稳定。


那么对于写一位数据(STM32--->AT24C08): SCL=0;SDA=data; SCL=1;


那么对于读一位数据(STM32<-----AT24C08): SCL=0;SCL=1;data=SDA;  

image.png

 2.8 总线时序

image.png

四、IIC总线时序代码、AT24C08读写代码

 在调试IIC模拟时序的时候,可以在淘宝上买一个24M的USB逻辑分析仪,时序出现问题,使用逻辑分析仪一分析就可以快速找到问题。

image.png

4.1 iic.c  这是STM32的IIC硬件时序完整代码

1./*
函数功能: 初始化IIC总线
硬件连接: 
        SCL---PB6
        SDA---PB7
*/
void IIC_Init(void)
{
   /*1. 时钟配置*/
   RCC->APB2ENR|=1<<3; //PB
   /*2. GPIO口模式配置*/
   GPIOB->CRL&=0x00FFFFFF;
   GPIOB->CRL|=0xFF000000; //复用开漏输出
   GPIOB->ODR|=0x3<<6;
   /*3. GPIO口时钟配置(顺序不能错)*/
   RCC->APB1ENR|=1<<21; //I2C1时钟
   RCC->APB1RSTR|=1<<21; //开启复位时钟
   RCC->APB1RSTR&=~(1<<21);//关闭复位时钟
   /*4. 配置IIC的核心寄存器*/
   I2C1->CR2=0x24<<0;  //配置主机频率为36MHZ
   I2C1->CCR|=0x2D<<0; //配置主机频率是400KHZ
   I2C1->CR1|=1<<0;    //开启IIC模块
  /*
  CCR=主机时钟频率/2/IIC总线的频率
  45=36MHZ/2/400KHZ  ---0x2D
  */
}
/*
函数功能: 发送起始信号
当时钟线为高电平的时候,数据线由高电平变为低电平的过程
*/
void IIC_SendStart(void)
{
  I2C1->CR1|=1<<8; //产生起始信号
  while(!(I2C1->SR1&1<<0)){} //等待起始信号完成
  I2C1->SR1=0; //清除状态位
}
/*
函数功能: 停止信号
当时钟线为高电平的时候,数据线由低电平变为高电平的过程
*/
void IIC_SendStop(void)
{
    I2C1->CR1|=1<<9;
}
/*
函数功能: 发送地址数据
*/
void IIC_SendAddr(u8 addr)
{
  u32 s1,s2;
  I2C1->DR=addr; //发送数据
  while(1)
  {
      s1=I2C1->SR1;
      s2=I2C1->SR2;
      if(s1&1<<1) //判断地址有没有发送成功
      {
          break;
      }
  }
}
/*
函数功能: 发送数据
*/
void IIC_SendOneByte(u8 addr)
{
  u32 s1,s2;
  I2C1->DR=addr; //发送数据
  while(1)
  {
      s1=I2C1->SR1;
      s2=I2C1->SR2;
      if(s1&1<<2) //判断数据有没有发送成功
      {
          break;
      }
  }
}
/*
函数功能: 接收一个字节数据
*/
u8 IIC_RecvOneByte(void)
{
  u8 data=0;
  I2C1->CR1|=1<<10; //使能应答
  while(!(I2C1->SR1&1<<6)){} //等待数据
  data=I2C1->DR;
  I2C1->CR1&=~(1<<10); //关闭应答使能
  return data;
}

4.2 AT24C08.c 这是AT24C08完整的读写代码

*
函数功能: 写一个字节
函数参数:
  u8 addr 数据的位置(0~1023)
  u8 data 数据范围(0~255)
*/
void AT24C08_WriteOneByte(u16 addr,u8 data)
{
    u8 read_device_addr=AT24C08_READ_ADDR;
  u8 write_device_addr=AT24C08_WRITE_ADDR;
    if(addr<256*1) //第一个块
    {
        write_device_addr|=0x0<<1;
        read_device_addr|=0x0<<1;
    }
    else if(addr<256*2) //第二个块
    {
        write_device_addr|=0x1<<1;
        read_device_addr|=0x1<<1;
    }
    else if(addr<256*3) //第三个块
    {
        write_device_addr|=0x2<<1;
        read_device_addr|=0x2<<1;
    }
    else if(addr<256*4) //第四个块
    {
        write_device_addr|=0x3<<1;
        read_device_addr|=0x3<<1;
    }
    addr=addr%256; //得到地址范围
    IIC_SendStart();//起始信号
    IIC_SendAddr(write_device_addr);//发送设备地址
    IIC_SendOneByte(addr); //数据存放的地址
    IIC_SendOneByte(data); //发送将要存放的数据
    IIC_SendStop(); //停止信号
    DelayMs(10); //等待写
}
/*
函数功能: 读一个字节
函数参数:
  u8 addr 数据的位置(0~1023)
返回值: 读到的数据
*/
u8 AT24C08_ReadOneByte(u16 addr)
{
    u8 data=0;
    u8 read_device_addr=AT24C08_READ_ADDR;
  u8 write_device_addr=AT24C08_WRITE_ADDR;
    if(addr<256*1) //第一个块
    {
        write_device_addr|=0x0<<1;
        read_device_addr|=0x0<<1;
    }
    else if(addr<256*2) //第二个块
    {
        write_device_addr|=0x1<<1;
        read_device_addr|=0x1<<1;
    }
    else if(addr<256*3) //第三个块
    {
        write_device_addr|=0x2<<1;
        read_device_addr|=0x2<<1;
    }
    else if(addr<256*4) //第四个块
    {
        write_device_addr|=0x3<<1;
        read_device_addr|=0x3<<1;
    }
    addr=addr%256; //得到地址范围
    IIC_SendStart();//起始信号
    IIC_SendAddr(write_device_addr);//发送设备地址
    IIC_SendOneByte(addr); //将要读取数据的地址
    IIC_SendStart();//起始信号
    IIC_SendAddr(read_device_addr);//发送设备地址
    data=IIC_RecvOneByte();//读取数据
    IIC_SendStop(); //停止信号
    return data;
}
/*
函数功能: 从指定位置读取指定长度的数据
函数参数:
  u16 addr 数据的位置(0~1023)
  u16 len 读取的长度
  u8 *buffer 存放读取的数据
返回值: 读到的数据
*/
void AT24C08_ReadByte(u16 addr,u16 len,u8 *buffer)
{
   u16 i=0;
  IIC_SendStart();//起始信号
  IIC_SendAddr(AT24C08_WRITE_ADDR);//发送设备地址
  IIC_SendOneByte(addr); //将要读取数据的地址  
  IIC_SendStart();//起始信号
  IIC_SendAddr(AT24C08_READ_ADDR);//发送设备地址
  for(i=0;i<len;i++)
  {
      buffer[i]=IIC_RecvOneByte();//读取数据
  }
  IIC_SendStop(); //停止信号
}
/*
函数功能: AT24C08页写函数
函数参数:
  u16 addr 写入的位置(0~1023)
  u8 len 写入的长度(每页16字节)
  u8 *buffer 存放读取的数据
*/
void AT24C08_PageWrite(u16 addr,u16 len,u8 *buffer)
{
    u16 i=0;
    IIC_SendStart();//起始信号
    IIC_SendAddr(AT24C08_WRITE_ADDR);//发送设备地址
    IIC_SendOneByte(addr); //数据存放的地址
    for(i=0;i<len;i++)
    {
      IIC_SendOneByte(buffer[i]); //发送将要存放的数据
    }
    IIC_SendStop(); //停止信号
    DelayMs(10); //等待写
}
/*
函数功能: 从指定位置写入指定长度的数据
函数参数:
  u16 addr 数据的位置(0~1023)
  u16 len 写入的长度
  u8 *buffer 存放即将写入的数据
返回值: 读到的数据
*/
void AT24C08_WriteByte(u16 addr,u16 len,u8 *buffer)
{
    u8 page_byte=16-addr%16; //得到当前页剩余的字节数量
    if(page_byte>len) //判断当前页剩余的字节空间是否够写
    {
        page_byte=len; //表示一次性可以写完
    }
    while(1)
    {
        AT24C08_PageWrite(addr,page_byte,buffer); //写一页
        if(page_byte==len)break; //写完了
        buffer+=page_byte; //指针偏移
        addr+=page_byte;//地址偏移
        len-=page_byte;//得到剩余没有写完的长度
        if(len>16)page_byte=16;
        else page_byte=len; //一次可以写完
    }
}

4.3 main.c 这是AT24C08测试代码

#include "stm32f10x.h"
#include "beep.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include "exti.h"
#include "timer.h"
#include "rtc.h"
#include "adc.h"
#include "ds18b20.h"
#include "ble.h"
#include "esp8266.h"
#include "wdg.h"
#include "oled.h"
#include "rfid_rc522.h"
#include "infrared.h"
#include "iic.h"
#include "at24c08.h"
u8 buff_tx[50]="1234567890";
u8 buff_rx[50];
u8 data=88;
u8 data2;
int main()
{   
    u8 key;
    LED_Init();
    KEY_Init();
    BEEP_Init();
    TIM1_Init(72,20000); //辅助串口1接收,超时时间为20ms
    USART_X_Init(USART1,72,115200);
    IIC_Init(); //IIC总线初始化
    printf("usart1 ok\n");
    while(1)
    {
        key=KEY_Scanf();
        if(key)
        {
            //AT24C08_WriteByte(100,50,buff_tx);
            //AT24C08_ReadByte(100,50,buff_rx);
            //printf("buff_rx=%s\n",buff_rx);
               //测试第0块
//            data=AT24C08_ReadOneByte(0);
//            AT24C08_WriteOneByte(0,data+1);
//            printf("data=%d\n",data);
               //测试第1块
//            data=AT24C08_ReadOneByte(300);
//            AT24C08_WriteOneByte(300,data+1);
//            printf("data=%d\n",data);
               //测试第2块
//            data=AT24C08_ReadOneByte(600);
//            AT24C08_WriteOneByte(600,data+1);
//            printf("data=%d\n",data);
               //测试第3块
             data=AT24C08_ReadOneByte(900);
             AT24C08_WriteOneByte(900,data+1);
             printf("data=%d\n",data);
        }
    }
}

串口调试助手源码下载地址: https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/116040983 

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