Ⅰ、寫在前面

說到IIC，大家都應(yīng)該不會(huì)陌生，我們初學(xué)單片機(jī)的時(shí)候或多或少都知道或了解過，甚至使用I2C控制過器件。但是，有多少人真正去深入理解，或者深入研究過I2C通信協(xié)議呢？

1、我們有必要學(xué)習(xí)I2C通信嗎？

I2C作為常見串行通信的其中一種，在嵌入式領(lǐng)域中占有很重要的地位。原因在于我們嵌入式開發(fā)的產(chǎn)品中有很多設(shè)備都是使用I2C進(jìn)行通信的。我們開始學(xué)習(xí)單片機(jī)開發(fā)的時(shí)候最先接觸的應(yīng)該是使用I2C操作EEPROM（如AT24C08）通信，這也是典型的I2C通信例子。其實(shí)還有很多常見的I2C通信設(shè)備，如溫度芯片、觸摸芯片、時(shí)鐘芯片等，當(dāng)你工作今后或多或少都會(huì)遇到I2C通信的設(shè)備。所以，如果你有時(shí)間的話，請花一定時(shí)間去研究學(xué)習(xí)一下I2C通信協(xié)議，當(dāng)你以后工作中需要用到I2C設(shè)備，而你沒有了解過，那個(gè)時(shí)候再去了解，恐怕項(xiàng)目的進(jìn)度會(huì)因此而受到影響。

2、常見串行通信有哪些，我們又要了解哪些？

常見的串行通信：USART、I2C、SPI、CAN、USB等；我們需要學(xué)習(xí)哪些？這個(gè)問題筆者的建議都要學(xué)（在時(shí)間、條允許的 情況下）。想要做嵌入式開發(fā)，這些通信方式是我們常見的，因此需要掌握。

由于做技術(shù)這一行，要學(xué)到東西太多，如果你的時(shí)間真的有限，那么簡單一點(diǎn)的（USART、I2C、SPI）你必須要弄明白，不然你真的有點(diǎn)“水”。這種簡單的通信方式應(yīng)該在面試中是經(jīng)常問及的問題，如果你是一位剛畢業(yè)的大學(xué)生，你最好把這些東西你需要弄明白了才去面試。

I2C的讀寫對時(shí)序要求很高，所以，每一個(gè)函數(shù)都應(yīng)盡量標(biāo)準(zhǔn)才行，在你自己編寫I2C驅(qū)動(dòng)，或借鑒網(wǎng)上的需特別注意（在下面I2C讀寫函數(shù)，我會(huì)舉例說網(wǎng)上幾種常見的不標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)）。

本文是使用普通IO軟件模擬I2C通信，實(shí)現(xiàn)EEPROM（AT24Cxx）串行通信讀寫數(shù)據(jù)的文章，將結(jié)合I2C通信的時(shí)序和軟件來講述這種通信是如何實(shí)現(xiàn)的。模擬I2C的好處是移植方便，關(guān)于硬件SPI，我計(jì)劃在下一篇文章講述（網(wǎng)上說的“ST官網(wǎng)提供的I2C操作EEPROM實(shí)例有問題”是事實(shí)，有個(gè)地方確實(shí)存在不足，你知道是哪里嗎？ 請?zhí)崆八伎家幌拢乱黄恼陆視源鸢福?p>提供“簡潔版”和“綜合版”兩個(gè)版本的源代碼工程供大家下載學(xué)習(xí)，簡潔版內(nèi)容容易理解一點(diǎn)（本文以此版本講述），“綜合版”相對復(fù)雜一點(diǎn)，包含的判斷信息更多，感興趣的朋友可以下載源代碼測試。

關(guān)于本文的更多詳情請往下看。

Ⅱ、實(shí)例工程下載

筆者針對于初學(xué)者提供的例程都是去掉了許多不必要的功能，精簡了官方的代碼，對初學(xué)者一看就明白，以簡單明了的工程供大家學(xué)習(xí)。

筆者提供的實(shí)例工程都是在板子上經(jīng)過多次測試并沒有問題才上傳至360云盤，歡迎下載測試、參照學(xué)習(xí)。

提供下載的軟件工程是基于Keil（MDK-ARM） V5版本、STM32F103ZE芯片，但F1其他型號(hào)也適用（適用F1其他型號(hào)： 關(guān)注微信，回復(fù)“修改型號(hào)”）。

模擬I2C讀寫EEPROM簡潔版（不切換SDA方向、不檢測ACK位）實(shí)例源代碼工程：

http://yunpan.cn/c6WawSRZLjJIa訪問密碼 1565

模擬I2C讀寫EEPROM綜合版（切換SDA方向、檢測ACK位）實(shí)例源代碼工程：

http://yunpan.cn/c6WacI2eTkikZ訪問密碼 9151

I2C EEPROM（AT24xx）資料:

https://yunpan.cn/c667rIDPgvwTf訪問密碼 1099

STM32F1資料：

https://yunpan.cn/crBUdUGdYKam2訪問密碼 ca90

Ⅲ、關(guān)于I2C協(xié)議

I2C協(xié)議的描述請網(wǎng)上搜索，下面將結(jié)合時(shí)序圖+源代碼程序一起講解關(guān)于I2C協(xié)議中重要的幾點(diǎn)。

1.開始和停止條件

SCL時(shí)鐘電平為高：

SDA數(shù)據(jù)線由高 -> 低 為總線開始條件；

SDA數(shù)據(jù)線由低 -> 高 為總線結(jié)束條件；

（注意：開始之后將SCL變?yōu)榈碗娖?，防止誤操作SDA使其通信停止，見源代碼）

時(shí)序圖：

源代碼程序：

2.數(shù)據(jù)位傳輸

SCL時(shí)鐘電平為低， 可以改換SDA數(shù)據(jù)線的電平，在SCL上升沿的過程將SDA數(shù)據(jù)發(fā)送出去。

（切記：請先將SCL變?yōu)榈碗娖剑俑淖僑DA電平狀態(tài)。 主要用于I2C讀寫B(tài)yte函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)網(wǎng)上很多人寫的不規(guī)范，引用需注意，在下面我會(huì)舉例說明）

時(shí)序圖：

發(fā)送一位“高”數(shù)據(jù)流程:

SCL_LOW時(shí)鐘低-> SDA_HIGH數(shù)據(jù)-> SCL_HIGH時(shí)鐘高

3.應(yīng)答位信息

I2C是以字節(jié)（8位）的方式進(jìn)行傳輸，總線上每傳輸完1字節(jié)之后會(huì)有一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，主器件(主機(jī))需要產(chǎn)生對應(yīng)的一個(gè)額外時(shí)鐘。

應(yīng)答位產(chǎn)生及接收：

1.在（主機(jī)）寫數(shù)據(jù)的時(shí)候是從機(jī)應(yīng)答（給主機(jī)），主機(jī)檢測；

2.在（主機(jī)）讀數(shù)據(jù)的時(shí)候是主機(jī)應(yīng)答（給從機(jī)），從機(jī)檢測；

（這里可以借助I2C讀寫函數(shù)一起理解）

1.時(shí)序圖（主機(jī)寫，從機(jī)應(yīng)答，主機(jī)讀取應(yīng)答）：

2.時(shí)序圖（主機(jī)讀，主機(jī)產(chǎn)生應(yīng)答）：

4.I2C寫一字節(jié)

這里說的I2C寫，是主機(jī)往從機(jī)接入1Byte的數(shù)據(jù)；

“寫”要求按照上面的“數(shù)據(jù)為傳輸”來操作：在SCL時(shí)鐘為低電平時(shí)準(zhǔn)備好，待SCL為高電平時(shí)發(fā)送出去。

寫完一字節(jié)（8位）之后，讀取從機(jī)的應(yīng)答位：

若為0，表示從機(jī)應(yīng)答，可以繼續(xù)下一步操作；

若為1，表示從機(jī)非應(yīng)答，不能進(jìn)行下一步操作。

注意：

I2C寫一字節(jié)不是EEPROM寫一字節(jié)（需要區(qū)分開來）。

“簡潔版”沒有對應(yīng)答信號(hào)做出檢測判斷，需要檢測應(yīng)答信號(hào)，可參考“綜合版”

寫一字節(jié)時(shí)序（前面8位數(shù)據(jù) + 最后1為應(yīng)答）：

源代碼程序：

I2C寫數(shù)據(jù)（網(wǎng)上常見幾種不規(guī)范寫法- 或許整個(gè)I2C驅(qū)動(dòng)能通信成功，但各個(gè)函數(shù)之間依賴關(guān)系很強(qiáng)，不便理解，也不是標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)）：

1.首先將SCL置高：

void I2C_WriteByte(uint8_t Data)

{

uint8_t cnt;

for(cnt=0; cnt<8; cnt++)

{

I2C_SCL_HIGH;

if(Data & 0x80)

I2C_SDA_HIGH;

else

I2C_SDA_LOW;

Data <<= 1;

I2C_SCL_LOW;

}

I2C_GetAck();

}

這種程序的寫法有一個(gè)致命的地方（有可能停止，或重新開始I2C通信）：

首先將SCL置高：

A.若之前SDA是低電平，第一位寫入高電平,將停止I2C通信。

B.若之前SDA是高電平，第一位寫入低電平,將重新開始I2C通信。

2.寫完8位數(shù)據(jù)之后，未將SCL置低（也就是SCL保持高電平狀態(tài)）：

由于寫完8位數(shù)據(jù)之后，將要讀取應(yīng)答信號(hào)，也就是要SDA將從輸出狀態(tài)變?yōu)檩斎霠顟B(tài)。

這個(gè)時(shí)候SCL為高，如果SDA最后一位是低且SDA是開漏模式，需要將SDA釋放，也就是要將SDA置位高，那么，這個(gè)時(shí)候就進(jìn)行了一個(gè)停止操作。

3.時(shí)序混亂：

void I2C_WriteByte(uint8_t Data)

{

uint8_t cnt;

I2C_SCL_HIGH;

for(cnt=0; cnt<8; cnt++)

{

if(Data & 0x80)

I2C_SDA_HIGH;

else

I2C_SDA_LOW;

Data <<= 1;

I2C_SCL_LOW;

I2C_SCL_HIGH;

}

I2C_GetAck();

}

多種問題的例子，有可能產(chǎn)生以下問題：

A.有可能多寫1位數(shù)據(jù)；

B.有可能停止I2C通信；

C.有可能重新開始I2C通信。

5.I2C讀一字節(jié)

I2C的讀一字節(jié)函數(shù)，其實(shí)和“寫一字節(jié)”類似，只是數(shù)據(jù)傳輸方向相反，應(yīng)答的方向也是相反。

讀完一字節(jié)（8位）之后，由主機(jī)產(chǎn)生應(yīng)答（或非應(yīng)答）位：

若產(chǎn)生應(yīng)答，表示可以繼續(xù)讀下一字節(jié)操作（從設(shè)備地址指向下一字節(jié)）；

若產(chǎn)生非應(yīng)答，表示不可以繼續(xù)讀下一字節(jié)操作；

網(wǎng)上I2C讀數(shù)據(jù)程序和“寫數(shù)據(jù)”類似，存在很多不標(biāo)準(zhǔn)的版本，參考時(shí)請注意。

讀一字節(jié)時(shí)序（主機(jī)讀取前面8位數(shù)據(jù) + 主機(jī)產(chǎn)生1為非應(yīng)答<連續(xù)讀，主機(jī)產(chǎn)生應(yīng)答位>）：

讀字節(jié)源代碼程序：

Ⅳ、EEPROM讀寫

EEPROM的種類比較多，大多數(shù)都遵循I2C協(xié)議通信，我們這里就以典型的AT24Cxx為例來講述通過I2C通信讀寫AT24Cxx芯片。

EEPROM讀（或?qū)懀┮蛔止?jié)數(shù)據(jù)需要I2C多次通信過程，下面將講述幾個(gè)重要的內(nèi)容：

1.設(shè)備（從機(jī)、器件）地址

I2C的開始信號(hào)之后的第一步就是發(fā)送設(shè)備物理地址，AT24Cxx的物理地址的格式如上面：

前面四位固定為：1010

第567位對應(yīng)A2 A1 A0（有些器件未使用）

第8位是讀/寫位。

一個(gè)設(shè)備一般是接地，這就是為什么我們看到A0這個(gè)宏定義的來由。

2.數(shù)據(jù)地址長度

有些芯片數(shù)據(jù)地址只有8位（如：AT24C01、AT24C02），那么它只發(fā)送一字節(jié)地址即可；

有些芯片有16位地址，它需要發(fā)送兩字節(jié)地址（看下面讀寫函數(shù)）。

3.EEPROM寫一字節(jié)數(shù)據(jù)

EEPROM寫數(shù)據(jù)一般包含下面五步驟（見下面源代碼）。這里的寫數(shù)據(jù)，相當(dāng)于手冊中是隨機(jī)寫（任意地址，寫一字節(jié)數(shù)據(jù)）。

（未檢測應(yīng)答，需要可以看我提供的另一個(gè)源代碼程序）

注意兩個(gè)地方：1.設(shè)備地址更加需要看你看引腳的情況；

2.數(shù)據(jù)地址長度根據(jù)芯片不同而不同。

4.EEPROM讀一字節(jié)數(shù)據(jù)

EEPROM讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)相比，要多兩個(gè)步驟（見下面源代碼）。由于要先確定讀的地址，所以要先發(fā)送地址，使其EEPROM指向?qū)?yīng)的地址。（當(dāng)然，如果當(dāng)前地址就是需要讀取的地址，也可以省略前面發(fā)送地址的步驟）。

（在手冊中有這么一個(gè)步驟“Dummy Write”，有些人把它翻譯為“偽操作”，可能很多人不明白它的意思，其實(shí)就是確定地址，先要發(fā)送地址的意思）

具體請看源代碼：（未檢測應(yīng)答，需要可以看我提供的另一個(gè)源代碼程序）

跟多關(guān)于EEPROM的操作（如：頁寫、多字節(jié)讀寫等），相對來說復(fù)雜一點(diǎn)，當(dāng)你理解單字節(jié)讀寫操作之后，再去理解就容易的多了。具體內(nèi)容可以下載我提供的實(shí)例參考學(xué)習(xí)。