I2C協議與AT24C02學習
目錄
前言
需要驅動磁力計，使用的I2C匯流排，所以博主只能拿起正點原子和野火的教程快速開發了。記得以前博主的同學說，面試的時候讓他講出I2C還是SPI匯流排的大體過程，那時候還是啃linux的東西，心想怎麼可能知道，這麼複雜！正好博主現在用到I2C，以這個方向來學習吧！
I2C協議介紹
簡介
I2C通訊協議(Inter-Intergrated Circuit)由Phiilps公司開發，由於它引腳少，硬體實現簡單，可擴充套件性強，現在被廣泛地使用在系統內多個積體電路間通訊。I2C由資料線SDA和時鐘線SCL構成，可傳送和接收資料。
I2C物理層
- 物理層特點：
1) 支援多個裝置的匯流排。”匯流排”指多個裝置共用的訊號線。在一個I2C通訊匯流排中，可連線多個I2C通訊裝置，支援多個通訊主機及多個通訊從機。
2) 一個I2C匯流排只使用兩條匯流排線路，一條雙向序列資料線(SDA)，一條序列時鐘線(SCL)。資料線即用來表示資料，時鐘線用於資料收發同步。
3) 每個連線到匯流排的裝置都有一個獨立的地址，主機可以利用這個地址進行不同裝置間的訪問。
4) 匯流排通過上拉電阻接到電源。當I2C裝置空閒時，會輸出高阻態，而當所有裝置都空閒，都輸出高阻態時，由上拉電阻把匯流排拉成高電平。
5) 多個主機同時使用匯流排時，為了防止資料衝突，會利用仲裁方式決定由哪個裝置佔用匯流排。
6) 具有三種傳輸模式：標準模式傳輸速率100kbit/s，快速模式為400kbit/s，高速模式下可達3.4Mbit/s，但目前大多裝置尚不支援高速模式。
7) 連線到相同匯流排的IC數量受到匯流排的最大電容400pF的限制。
I2C訊號
IIC匯流排在傳送資料過程中共有三種類型訊號，它們分別是：開始訊號、結束訊號和應答訊號。
開始訊號：SCL為高電平，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送資料。
結束訊號：SCL為高電平，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送資料。
應答訊號：接收資料的IC在接收到8bit資料後，向傳送資料的IC
發出特定的低電平脈衝，表示已收到資料。CPU向受控單元發出一個訊號後，等待受控訊號發出一個應答訊號，CPU接收到應答訊號後，根據實際情況作出是否繼續傳遞訊號的判斷。若未收到應答訊號，由判斷為受控單元出現故障。
主機和從機通訊時，
SDA線通訊過程如下： 1. 主機
I2C介面產生傳輸起始訊號，這時連線到I2C總線上的所有從機都會接收到這個訊號。起始訊號產生後，所有從機就開始等待主機緊接下來廣播的從機地址訊號。在I2C總線上，每個裝置的地址都是唯一的，當主機廣播的地址與某個裝置地址相同時，這個裝置就被選中了，沒被選中的裝置將會忽略之後的資料訊號。根據I2C協議，這個從機地址可以是7位或10位。 2. 在地址位之後，是傳輸方向的選擇位，該位為0時，表示後面的資料傳輸方向是由主機傳輸至從機，即主機向從機寫資料；該位為1時，則相反，即主機由從機讀資料。
3. 從機接收到匹配的地址後，主機或從機返回一個應答(
ACK)或非應答(NACK)訊號，只有接收到應答訊號後，主機才能繼續傳送或接收資料。 4. 若配置的方向傳輸為”寫資料”方向，廣播完地址，接收到應答訊號後，主機開始正式向從機傳輸資料，資料包的大小為8位，主機每傳送完一個位元組資料，都要等待從機的應答訊號(
ACK)，重複這個過程，可以向從機傳輸N個數據，這個N沒有大小限制。當資料傳輸結束時，主機向從機發送一個停止傳輸為(P)，表示不再傳輸資料。 5. 若配置的方向傳輸為”讀資料”方向，廣播完地址，接收到應答訊號後，從機開始向主機返回資料(
DATA)，資料包大小也為8位，從機每傳送完一個數據，都會等待主機的應答訊號(ACK)，重複這個過程，可以返回N個數據，這個N也沒有大小限制。當主機希望停止接收資料時，就向從機返回一個非應答訊號(NACK)，則從機自動停止資料傳輸。 6. 除了基本的讀寫，
I2C通訊更常用的是複合格式，該傳輸過程中有兩次起始訊號(S)。一般在第一次傳輸中，主機通過SLAVE_ADDRESS尋找從裝置後，傳送一段”資料”，這段資料通常用於表示從裝置內部的暫存器或儲存器地址；在第二次的傳輸中，對該地址的內容進行讀或寫。也就是，第一次通訊是告訴從機讀寫地址，第二次是讀寫的實際內容。
儲存器
儲存器是用來儲存程式程式碼和資料的部件，有了儲存器計算機才具有記憶功能。儲存器按其儲存介質特性主要分為”易失性儲存器”和”非易失性儲存器”兩大類。一般易失性儲存器存取速度快，而非易失性儲存器可長期儲存資料。在計算機中易失性儲存器最典型的代表是記憶體，非易失性儲存器代表則是硬碟。
RAM儲存器
根據RAM的儲存機制，分為動態隨機儲存器DRAM(Dynamic RAM)以及靜態隨機儲存器SRAM(Static RAM)兩種。
ROM儲存器
ROM儲存器有MASK ROM、OTPROM、EPROM、EEPROM以及Flash儲存器。
EEPROM學習
在正點原子的《STM32F4開發指南-庫函式版本_V1.1.pdf》中，好像沒有介紹有關AT24C02的部分(也可能是博主沒有仔細找)。但是在野火的《零死角玩轉STM32—F429挑戰者.pdf》中有相關的介紹。博主把兩者結合起來看，感覺效果很不錯。
簡介
EEPROM是一種掉電後資料不丟失的儲存器，常用來儲存一些配置資訊，以便系統重新上電的時候載入之。EEPROM晶片最常用的通訊方式是IIC協議。
EEPROM(AT24C02)的SCL及SDA引腳連線到STM32對應的I2C引腳中，構成了I2C通訊匯流排，它們通過I2C匯流排互動。EEPROM晶片的裝置地址一共有7位，其中高四位固定為：1010b，低3位則有A0/A1/A2訊號線的電平決定，戰艦板中STM32F407中設定A0/A1/A2均為0，所以AT24C02的地址為：1010000b，即0x50。由於I2C通訊時常常是地址跟讀寫方向連在一起構成一個8位數，且當R/W位為0時，表示寫方向，所以加上7位地址，其值為”0xA0”,常稱該值為I2C裝置的”寫地址”；當R/W位為1時，表示讀方向，加上7位地址，其值為”0xA1”,常稱該值為”讀地址”。
EEPROM的單位元組時序規定，向它寫入資料的時候，第一個位元組為記憶體地址，第二個位元組是要寫入的資料內容。命令、地址的本質都是資料，對資料的解釋不同，就有不同的功能。
讀寫過程簡述
STM32F407讀一個位元組，先發送0xA0，表示讀資料；然後傳送讀地址；最後傳送0xA1，表示讀資料。
STM32F407讀一個位元組，先發送0xA0，表示寫資料；然後傳送寫地址；最後傳送要寫的資料。
u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)
{
u8 temp = 0;
IIC_Start();
if(EE_TYPE > AT24C16)
{
IIC_Send_Byte(0XA0);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(ReadAddr>>8);
}
else
{
IIC_Send_Byte(0XA0+((ReadAddr/256)<<1));
}
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(ReadAddr%256);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(0XA1);
IIC_Wait_Ack();
temp = IIC_Read_Byte(0);
IIC_Stop();
return temp;
}
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)
{
IIC_Start();
if(EE_TYPE>AT24C16)
{
IIC_Send_Byte(0XA0);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(WriteAddr>>8);
}
else
{
IIC_Send_Byte(0XA0+((WriteAddr/256)<<1));
}
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(WriteAddr%256);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Send_Byte(DataToWrite);
IIC_Wait_Ack();
IIC_Stop();
delay_ms(10);
}總結
博主並沒有認真的去把I2C控制的方方面面看懂，但是感覺差不多夠用了！大概如果把I2C的傳輸資料的過程描述一下其實還是很簡單的，當然對應如果用軟體去實現I2C協議，還是需要細究的。但是STM32現在用的不要太廣泛，這樣的程式碼也都寫好了，可以直接用！所以這也是模組化的好處，節省開發時間，但是對於程式設計師來說，只要複製貼上！比如博主就是。這樣會失去核心競爭力的，當年紀大了，複製貼上都沒有年輕人快怎麼辦！
參考書籍
《STM32F4開發指南-庫函式版本_V1.1.pdf》
《零死角玩轉STM32—F429挑戰者.pdf》