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STM32CubeMX学习笔记(9)——I2C接口使用(读写EE

STM32CubeMX学习笔记(9)——I2C接口使用(读写EE

作者: Leung_ManWah | 来源:发表于2021-01-26 14:43 被阅读0次

    一、I2C简介

    I2C(Inter-Integrated Circuit ,内部集成电路) 总线是一种由飞利浦 Philip 公司开发的串行总线。是两条串行的总线,它由一根数据线(SDA)和一根 时钟线(SDL)组成。I2C 总线上可以接多个 I2C 设备,每个器件都有一个唯一的地址识别。同一时间只能有一个主设备,其他为从设备。通常 MCU 作为主设备控制,外设作为从设备。

    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。它的 I2C 外设还支持 SMBus2.0 协议,SMBus 协议与 I2C 类似,主要应用于笔记本电脑的电池管理中。

    二、引脚分布

    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。PB8 PB9 为重映射。

    三、EEPROM芯片

    开发板中的 EEPROM 芯片型号:AT24C02。AT24C 系列为美国 ATMEL 公司推出的串行 COMS 型 EEPROM。芯片型号后两位表示芯片容量,例如 ATC24C02 为 2K。引脚图中 A0、A1、A2 为器件地址引脚,GND为地,VCC为正电源,WP为写保护,SCL为串行时钟线,SDA为串行数据线。

    EEPROM 芯片中 WP 引脚具有写保护功能,当该引脚电平为高时,禁止写入数据,当引脚为低电平时,可写入数据,我们直接接地,不使用写保护功能。


    AT24Cxx 设备地址为如下,前四位固定为 1010A2~A0为由管脚电平决定。AT24Cxx EEPROM Board模块中默认为接地。A2~A0000,最后一位 R/W 表示读写操作。所以由于 I2C 通讯时常常是地址跟读写方向连在一起构成一个 8 位数,且当 R/W 位为 0 时,表示写方向,所以加上 7 位地址,其值为 0xA0,常称该值为 I2C 设备的“写地址”;当 R/W 位为 1 时,表示读方向,加上 7 位地址,其值为 0xA1,常称该值为“读地址”。

    四、新建工程

    1. 打开 STM32CubeMX 软件,点击“新建工程”

    2. 选择 MCU 和封装

    3. 配置时钟
    RCC 设置,选择 HSE(外部高速时钟) 为 Crystal/Ceramic Resonator(晶振/陶瓷谐振器)


    选择 Clock Configuration,配置系统时钟 SYSCLK 为 72MHz
    修改 HCLK 的值为 72 后,输入回车,软件会自动修改所有配置

    4. 配置调试模式
    非常重要的一步,否则会造成第一次烧录程序后续无法识别调试器
    SYS 设置,选择 Debug 为 Serial Wire

    五、I2C1

    5.1 参数配置

    Connectivity 中选择 I2C1 设置,并选择 I2C 内部集成电路


    I2C 为默认设置不作修改。只需注意一下,I2C 为标准模式,I2C 传输速率 (I2C Clock Speed) 为 100KHz

    5.2 生成代码

    输入项目名和项目路径


    选择应用的 IDE 开发环境 MDK-ARM V5

    每个外设生成独立的 ’.c/.h’ 文件
    不勾:所有初始化代码都生成在 main.c
    勾选:初始化代码生成在对应的外设文件。 如 GPIO 初始化代码生成在 gpio.c 中。

    点击 GENERATE CODE 生成代码

    5.3 添加全局变量

    在 main.c 头部添加写地址 0xA0,读地址 0xA1,写缓存区 WriteBuffer,读缓存区 ReadBuffer

    /* Private variables ---------------------------------------------------------*/
    I2C_HandleTypeDef hi2c1;
    UART_HandleTypeDef huart1;
    
    /* USER CODE BEGIN PV */
    #define ADDR_24LCxx_Write 0xA0
    #define ADDR_24LCxx_Read 0xA1
    #define BufferSize 256
    uint8_t WriteBuffer[BufferSize] = {0};
    uint8_t ReadBuffer[BufferSize] = {0};
    /* USER CODE END PV */
    

    5.4 添加写入和读取函数

    /**
      * @brief  The application entry point.
      * @retval int
      */
    int main(void)
    {
      /* USER CODE BEGIN 1 */
    
      /* USER CODE END 1 */
    
      /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
    
      /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
      HAL_Init();
    
      /* USER CODE BEGIN Init */
    
      /* USER CODE END Init */
    
      /* Configure the system clock */
      SystemClock_Config();
    
      /* USER CODE BEGIN SysInit */
    
      /* USER CODE END SysInit */
    
      /* Initialize all configured peripherals */
      MX_USART1_UART_Init();
      MX_I2C1_Init();
      /* USER CODE BEGIN 2 */
      printf("\r\n***************I2C Example*******************************\r\n");
      uint32_t i;
      uint8_t j;
      for(i = 0; i < 256; i++)
      {
        WriteBuffer[i] = i;    /* WriteBuffer init */
        printf("0x%02X ", WriteBuffer[i]);
        if(i % 16 == 15)
        {    
          printf("\n\r");
        }
      }
      /* wrinte date to EEPROM */
      for (j = 0; j < 32; j++)
      {
        if(HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, ADDR_24LCxx_Write, 8*j, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, WriteBuffer+8*j, 8, 100) == HAL_OK)
        {
          printf("\r\n EEPROM 24C02 Write Test OK \r\n");
        }
        else
        {
          printf("\r\n EEPROM 24C02 Write Test False \r\n");
        }
      } 
      /* read date from EEPROM */
      HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, ADDR_24LCxx_Read, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, ReadBuffer, BufferSize, 1000);
      for(i = 0; i < 256; i++)
      {
        printf("0x%02X  ",ReadBuffer[i]);
        if(i%16 == 15)    
        {
          printf("\n\r");
        }
      }
        
      if(memcmp(WriteBuffer,ReadBuffer,BufferSize) == 0 ) /* check date */
      {
        printf("\r\n EEPROM 24C02 Read Test OK\r\n");
      }
      else
      {
        printf("\r\n EEPROM 24C02 Read Test False\r\n");
      }
    
      /* USER CODE END 2 */
    
      /* Infinite loop */
      /* USER CODE BEGIN WHILE */
      while (1)
      {
        /* USER CODE END WHILE */
    
        /* USER CODE BEGIN 3 */
      }
      /* USER CODE END 3 */
    }
    

    程序中先初始化写数据缓存。然后调用 HAL_I2C_Mem_Write() 函数将数据写入 EEPROM 中。根据函数返回值判断写操作是否正确。在 I2C 中可以找到内存写函数说明。

    • 第一个参数为 I2C 操作句柄。
    • 第二个参数为 EEPROM 的写操作设备地址。
    • 第三个参数为内存地址。
    • 第四个参数为内存地址长度,EEPROM 内存长度为 8bit。
    • 第五个参数为数据缓存的起始地址。
    • 第六个参数为传输数据的大小。AT24C02 型号的芯片页写入时序最多可以一次 发送 8 个数据(即 n = 8 ),该值也称为页大小,某些型号的芯片每个页写入时序最多可传输 16 个数据。
    • 第七个参数为操作超时时间。
    /**
      * @brief  Write an amount of data in blocking mode to a specific memory address
      * @param  hi2c Pointer to a I2C_HandleTypeDef structure that contains
      *                the configuration information for the specified I2C.
      * @param  DevAddress Target device address: The device 7 bits address value
      *         in datasheet must be shifted to the left before calling the interface
      * @param  MemAddress Internal memory address
      * @param  MemAddSize Size of internal memory address
      * @param  pData Pointer to data buffer
      * @param  Size Amount of data to be sent
      * @param  Timeout Timeout duration
      * @retval HAL status
      */
    HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress,
                                        uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize,
                                        uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)
    

    调用 HAL_I2C_Mem_Read() 函数读取 EEPROM 中刚才写入的数据。HAL_I2C_Mem_Read() 函数描述如下。
    • 第一个参数为 I2C 操作句柄。
    • 第二个参数为 EEPROM 的读操作设备地址。
    • 第三个参数为内存地址。
    • 第四个参数为内存地址长度。
    • 第五个参数为读取数据存储的起始地址。
    • 第六个参数为传输数据的大小。
    • 第七个参数为操作超时时间。
    /**
      * @brief  Read an amount of data in blocking mode from a specific memory address
      * @param  hi2c Pointer to a I2C_HandleTypeDef structure that contains
      *                the configuration information for the specified I2C.
      * @param  DevAddress Target device address: The device 7 bits address value
      *         in datasheet must be shifted to the left before calling the interface
      * @param  MemAddress Internal memory address
      * @param  MemAddSize Size of internal memory address
      * @param  pData Pointer to data buffer
      * @param  Size Amount of data to be sent
      * @param  Timeout Timeout duration
      * @retval HAL status
      */
    HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress,
                                      uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, 
                                      uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)
    

    程序最后调用 memcmp() 函数判断读写的两个缓存的数据是否一致。memcmp() 是比较内存区域是否相等,标准库里面的函数,在 main.c 前面添加 string.h 头文件。

    5.5 查看打印

    串口打印功能查看 STM32CubeMX学习笔记(6)——USART串口使用


    5.6 HAL库与标准库代码比较

    STM32CubeMX 使用 HAL 库生成的代码:

    /**
      * @brief I2C1 Initialization Function
      * @param None
      * @retval None
      */
    static void MX_I2C1_Init(void)
    {
    
      /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 0 */
    
      /* USER CODE END I2C1_Init 0 */
    
      /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 1 */
    
      /* USER CODE END I2C1_Init 1 */
      hi2c1.Instance = I2C1;
      hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
      hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
      hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
      hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
      hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
      hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
      hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
      hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
      if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
      {
        Error_Handler();
      }
      /* USER CODE BEGIN I2C1_Init 2 */
    
      /* USER CODE END I2C1_Init 2 */
    }
    
    HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
    HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
    

    使用 STM32 标准库的代码:

    /**
      * @brief  I2C I/O配置
      * @param  无
      * @retval 无
      */
    static void I2C_GPIO_Config(void)
    {
      GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure; 
    
        /* 使能与 I2C 有关的时钟 */
        EEPROM_I2C_APBxClock_FUN ( EEPROM_I2C_CLK, ENABLE );
        EEPROM_I2C_GPIO_APBxClock_FUN ( EEPROM_I2C_GPIO_CLK, ENABLE );
        
        
      /* I2C_SCL、I2C_SDA*/
      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = EEPROM_I2C_SCL_PIN;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;          // 开漏输出
      GPIO_Init(EEPROM_I2C_SCL_PORT, &GPIO_InitStructure);
        
      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = EEPROM_I2C_SDA_PIN;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;          // 开漏输出
      GPIO_Init(EEPROM_I2C_SDA_PORT, &GPIO_InitStructure);      
    }
    
    /**
      * @brief  I2C 工作模式配置
      * @param  无
      * @retval 无
      */
    static void I2C_Mode_Config(void)
    {
      I2C_InitTypeDef  I2C_InitStructure; 
    
      /* I2C 配置 */
      I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;
        
        /* 高电平数据稳定,低电平数据变化 SCL 时钟线的占空比 */
      I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;
        
      I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 =I2Cx_OWN_ADDRESS7; 
      I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable ;
         
        /* I2C的寻址模式 */
      I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;
        
        /* 通信速率 */
      I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = I2C_Speed;
      
        /* I2C 初始化 */
      I2C_Init(EEPROM_I2Cx, &I2C_InitStructure);
      
        /* 使能 I2C */
      I2C_Cmd(EEPROM_I2Cx, ENABLE);   
    }
    
    void I2C_Send7bitAddress(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address, uint8_t I2C_Direction);
    void I2C_SendData(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Data);
    uint8_t I2C_ReceiveData(I2C_TypeDef* I2Cx);
    

    六、注意事项

    用户代码要加在 USER CODE BEGIN NUSER CODE END N 之间,否则下次使用 STM32CubeMX 重新生成代码后,会被删除。


    • 由 Leung 写于 2021 年 1 月 26 日

    • 参考:STM32CubeMX系列教程9:内部集成电路(I2C)
        【STM32Cube_13】使用硬件I2C读写EEPROM(AT24C02)

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