Ⅰ、寫在前面

說到IIC，大家都應該不會陌生，我們初學單片機的時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、我們有必要學習I2C通信嗎？

I2C作為常見串行通信的其中一種，在嵌入式領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)品中有很多設備都是使用I2C進行通信的。我們開始學習單片機開發(fā)的時候最先接觸的應該是使用I2C操作EEPROM（如AT24C08）通信，這也是典型的I2C通信例子。其實還有很多常見的I2C通信設備，如溫度芯片、觸摸芯片、時鐘芯片等，當你工作今后或多或少都會遇到I2C通信的設備。所以，如果你有時間的話，請花一定時間去研究學習一下I2C通信協(xié)議，當你以后工作中需要用到I2C設備，而你沒有了解過，那個時候再去了解，恐怕項目的進度會因此而受到影響。

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；我們需要學習哪些？這個問題筆者的建議都要學（在時間、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。

由于做技術這一行，要學到東西太多，如果你的時間真的有限，那么簡單一點的（USART、I2C、SPI）你必須要弄明白，不然你真的有點“水”。這種簡單的通信方式應該在面試中是經(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的讀寫對時序要求很高，所以，每一個函數(shù)都應盡量標準才行，在你自己編寫I2C驅(qū)動，或借鑒網(wǎng)上的需特別注意（在下面I2C讀寫函數(shù)，我會舉例說網(wǎng)上幾種常見的不標準的函數(shù)）。

本文是使用普通IO軟件模擬I2C通信，實現(xiàn)EEPROM（AT24Cxx）串行通信讀寫數(shù)據(jù)的文章，將結(jié)合I2C通信的時序和軟件來講述這種通信是如何實現(xiàn)的。模擬I2C的好處是移植方便，關于硬件SPI，我計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實例有問題”是事實，有個地方確實存在不足，你知道是哪里嗎？ 請?zhí)崆八伎家幌?，下一篇文章揭曉答案）?/p>

提供“簡潔版”和“綜合版”兩個版本的源代碼工程供大家下載學習，簡潔版內(nèi)容容易理解一點（本文以此版本講述），“綜合版”相對復雜一點，包含的判斷信息更多，感興趣的朋友可以下載源代碼測試。

關于本文的更多詳情請往下看。

Ⅱ、實例工程下載

筆者針對于初學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，對初學者一看就明白，以簡單明了的工程供大家學習。

筆者提供的實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、參照學習。

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

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

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)合時序圖+源代碼程序一起講解關于I2C協(xié)議中重要的幾點。

1.開始和停止條件

SCL時鐘電平為高：

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)榈碗娖剑乐拐`操作SDA使其通信停止，見源代碼）

時序圖：

源代碼程序：

2.數(shù)據(jù)位傳輸

SCL時鐘電平為低， 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?，再改變SDA電平狀態(tài)。 主要用于I2C讀寫B(tài)yte函數(shù)，這兩個函數(shù)網(wǎng)上很多人寫的不規(guī)范，引用需注意，在下面我會舉例說明）

時序圖：

發(fā)送一位“高”數(shù)據(jù)流程:

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

3.應答位信息

I2C是以字節(jié)（8位）的方式進行傳輸，總線上每傳輸完1字節(jié)之后會有一個應答信號，主器件(主機)需要產(chǎn)生對應的一個額外時鐘。

應答位產(chǎn)生及接收：

1.在（主機）寫數(shù)據(jù)的時候是從機應答（給主機），主機檢測；

2.在（主機）讀數(shù)據(jù)的時候是主機應答（給從機），從機檢測；

（這里可以借助I2C讀寫函數(shù)一起理解）

1.時序圖（主機寫，從機應答，主機讀取應答）：

2.時序圖（主機讀，主機產(chǎn)生應答）：

4.I2C寫一字節(jié)

這里說的I2C寫，是主機往從機接入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時鐘為低電平時準備好，待SCL為高電平時發(fā)送出去。

寫完一字節(jié)（8位）之后，讀取從機的應答位：

若為0，表示從機應答，可以繼續(xù)下一步操作；

若為1，表示從機非應答，不能進行下一步操作。

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”沒有對應答信號做出檢測判斷，需要檢測應答信號，可參考“綜合版”

寫一字節(jié)時序（前面8位數(shù)據(jù) + 最后1為應答）：

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I2C驅(qū)動能通信成功，但各個函數(shù)之間依賴關系很強，不便理解，也不是標準的函數(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，將要讀取應答信號，也就是要SDA將從輸出狀態(tài)變?yōu)檩斎霠顟B(tài)。

這個時候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，這個時候就進行了一個停止操作。

3.時序混亂：

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)，其實和“寫一字節(jié)”類似，只是數(shù)據(jù)傳輸方向相反，應答的方向也是相反。

讀完一字節(jié)（8位）之后，由主機產(chǎn)生應答（或非應答）位：

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

若產(chǎn)生非應答，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，存在很多不標準的版本，參考時請注意。

讀一字節(jié)時序（主機讀取前面8位數(shù)據(jù) + 主機產(chǎn)生1為非應答<連續(xù)讀，主機產(chǎn)生應答位>）：

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，下面將講述幾個重要的內(nèi)容：

1.設備（從機、器件）地址

I2C的開始信號之后的第一步就是發(fā)送設備物理地址，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A2 A1 A0（有些器件未使用）

第8位是讀/寫位。

一個設備一般是接地，這就是為什么我們看到A0這個宏定義的來由。

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)，相當于手冊中是隨機寫（任意地址，寫一字節(jié)數(shù)據(jù)）。

（未檢測應答，需要可以看我提供的另一個源代碼程序）

注意兩個地方：1.設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)牡刂?。（當然，如果當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：（未檢測應答，需要可以看我提供的另一個源代碼程序）

跟多關于EEPROM的操作（如：頁寫、多字節(jié)讀寫等），相對來說復雜一點，當你理解單字節(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例參考學習。