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一、環境介紹

編程軟件: keil5

操作系統: win10

MCU型號: STM32F103ZET6

STM32編程方式: 寄存器開發 (方便程序移植到其他單片機)

IIC總線:STM32本身支持IIC硬件時序的，上篇文章已經介紹了采用IIC模擬時序讀寫AT24C02，這篇文章介紹STM32的硬件IIC配置方法，并讀寫AT24C08。

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

模擬時序更加方便移植到其他單片機，通用性更高，不分MCU；硬件時序效率更高，每個MCU配置方法不同，依賴硬件本身支持。

器件型號： 采用AT24C08 EEPROM存儲芯片

二、AT24C08存儲芯片介紹

2.1 芯片功能特性介紹

AT24C08 是串行CMOS類型的EEPROM存儲芯片，AT24C0x這個系列包含了AT24C01、AT24C02、AT24C04、AT24C08、AT24C16這些具體的芯片型號。

他們容量分別是：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)

它們的管腳功能、封裝特點如下：

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芯片功能描述：

AT24C08系列支持I2C，總線數據傳送協議I2C，總線協議規定任何將數據傳送到總線的器件作為發送器。任何從總線接收數據的器件為接收器；數據傳送是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發送器或接收器，但由主器件控制傳送數據（發送或接收）的模式。

芯片特性介紹：

1. 低壓和標準電壓運行
–2.7（VCC=2.7伏至5.5伏）
–1.8（VCC=1.8伏至5.5伏）

2. 兩線串行接口(SDA、SCL)

3. 有用于硬件數據保護的寫保護引腳

4. 自定時寫入周期(5毫秒~10毫秒),因為內部有頁緩沖區,向AT24C0x寫入數據之后,還需要等待AT24C0x將緩沖區數據寫入到內部EEPROM區域.

5. 數據保存可達100年

6. 100萬次擦寫周期

7. 高數據傳送速率為400KHz、低速100KHZ和IIC總線兼容。 100 kHz（1.8V）和400 kHz（2.7V、5V）

8. 8字節頁寫緩沖區
這個緩沖區大小與芯片具體型號有關: 8字節頁（1K、2K）、16字節頁（4K、8K、16K）

2.2 芯片設備地址介紹

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因為IIC協議規定，每次傳遞數據都是按8個字節傳輸的，AT24C08是1024字節，地址的選擇上與AT24C02有所區別；

IIC設備的標準地址位是7位。上面這個圖里AT24C08的1010是芯片內部固定值，A2 是硬件引腳、由硬件決定電平；P1、P0是空間存儲塊選擇，每個存儲塊大小是256字節，尋址范圍是0~255，AT24C08相當于是4塊AT24C02的構造；最后一位是讀/寫位(1是讀，0是寫)，讀寫位不算在地址位里，但是根據IIC的時序順序，在操作設備前，都需要先發送7位地址，再發送1位讀寫位，才能啟動對芯片的操作，我們在寫模擬時序為了方便統一寫for循環，按字節發送，所以一般都是將7地址位與1位讀寫位拼在一起，組合成1個字節，方便按字節傳輸數據。

我現在使用的開發板上AT24C08的原理圖是這樣的：

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那么這個AT24C08的標準設備地址分別是:

第一塊區域: 0x50(十六進制)，對應的二進制就是: 1010000

第二塊區域: 0x51(十六進制)，對應的二進制就是: 1010001

第三塊區域: 0x52(十六進制)，對應的二進制就是: 1010010

第四塊區域: 0x53(十六進制)，對應的二進制就是: 1010011

如果將讀寫位組合在一起，讀權限的設備地址:

第一塊區域: 0xA1(十六進制)，對應的二進制就是: 10100001

第二塊區域: 0xA3(十六進制)，對應的二進制就是: 10100011

第三塊區域: 0xA5(十六進制)，對應的二進制就是: 10100101

第四塊區域: 0xA7(十六進制)，對應的二進制就是: 10100111

如果將讀寫位組合在一起，寫權限的設備地址:

第一塊區域: 0xA0(十六進制)，對應的二進制就是: 10100000

第二塊區域: 0xA2(十六進制)，對應的二進制就是: 10100010

第三塊區域: 0xA4(十六進制)，對應的二進制就是: 10100100

第四塊區域: 0xA6(十六進制)，對應的二進制就是: 10100110

2.3 對AT24C08 按字節寫數據的指令流程(時序)

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詳細解釋：

1. 先發送起始信號

2. 發送設備地址(寫權限)

3. 等待AT24C08應答、低電平有效

4. 發送存儲地址、AT24C08內部一共有256個字節空間,尋址是從0開始的，范圍是(0~255)；發送這個存儲器地址就是告訴AT24C08接下來的數據改存儲到哪個地方。

5.等待AT24C08應答、低電平有效

6. 發送一個字節的數據，這個數據就是想存儲到AT24C08里保存的數據。

7.等待AT24C08應答、低電平有效

8. 發送停止信號

2.3 對AT24C08 按頁寫數據的指令流程(時序)

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詳細解釋：

1. 先發送起始信號

2. 發送設備地址(寫權限)

3. 等待AT24C08應答、低電平有效

4. 發送存儲地址、AT24C08內部一共有256個字節空間,尋址是從0開始的，范圍是(0~255)；發送這個存儲器地址就是告訴AT24C08接下來的數據改存儲到哪個地方。

5.等待AT24C08應答、低電平有效

6. 可以循環發送8個字節的數據，這些數據就是想存儲到AT24C08里保存的數據。

AT24C08的頁緩沖區是16個字節，所有這里的循環最多也只能發送16個字節，多發送的字節會將前面的覆蓋掉。

需要注意的地方: 這個頁緩沖區的尋址也是從0開始，比如: 0~15算第1頁，16~32算第2頁......依次類推。 如果現在寫數據的起始地址是3，那么這一頁只剩下13個字節可以寫；并不是說從哪里都可以循環寫16個字節。

詳細流程: 這里程序里一般使用for循環實現

(1). 發送字節1

(2). 等待AT24C08應答,低電平有效

(3). 發送字節2

(4).等待AT24C08應答,低電平有效

.........

最多8次.

7.等待AT24C08應答、低電平有效

8. 發送停止信號

2.4 從AT24C08任意地址讀任意字節數據(時序)

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AT24C08支持當前地址讀、任意地址讀，最常用的還是任意地址讀，因為可以指定讀取數據的地址，比較靈活，上面這個指定時序圖就是任意地址讀。

詳細解釋：

1. 先發送起始信號

2. 發送設備地址(寫權限)

3. 等待AT24C08應答、低電平有效

4. 發送存儲地址、AT24C08內部一共有2048個字節空間,尋址是從0開始的，范圍是(0~1024)；發送這個存儲器地址就是告訴AT24C08接下來應該返回那個地址的數據給單片機。

5.等待AT24C08應答、低電平有效

6. 重新發送起始信號(切換讀寫模式)

7.發送設備地址(讀權限)

8.等待AT24C08應答、低電平有效

9. 循環讀取數據: 接收AT24C08返回的數據.

讀數據沒有字節限制，可以第1個字節、也可以連續將整個芯片讀完。

10. 發送非應答(高電平有效)

11. 發送停止信號

三、IIC總線介紹

2.1 IIC總線簡介

I2C（Inter－Integrated Circuit）總線是由PHILIPS公司開發的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備，是微電子通信控制領域廣泛采用的一種總線標準。具有接口線少，控制方式簡單，器件封裝形式小，通信速率較高等優點。

I2C規程運用主/從雙向通訊。器件發送數據到總線上，則定義為發送器，器件接收數據則定義為接收器。主器件和從器件都可以工作于接收和發送狀態。

I2C 總線通過串行數據（SDA）線和串行時鐘（SCL）線在連接到總線的器件間傳遞信息。每個器件都有一個唯一的地址識別，而且都可以作為一個發送器或接收器（由器件的功能決定）。

I2C有四種工作模式:
1.主機發送
2.主機接收
3.從機發送
4.從機接收

I2C總線只用兩根線：串行數據SDA（Serial Data）、串行時鐘SCL（Serial Clock）。

總線必須由主機（通常為微控制器）控制，主機產生串行時鐘（SCL）控制總線的傳輸方向，并產生起始和停止條件。

SDA線上的數據狀態僅在SCL為低電平的期間才能改變。

2.2 IIC總線上的設備連接圖

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I2C 總線在物理連接上非常簡單，分別由SDA(串行數據線)和SCL(串行時鐘線)及上拉電阻組成。通信原理是通過對SCL和SDA線高低電平時序的控制，來產生I2C總線協議所需要的信號進行數據的傳遞。在總線空閑狀態時，這兩根線一般被上面所接的上拉電阻拉高，保持著高電平。

其中上拉電阻范圍是4.7K~100K。

2.3I2C總線特征

I2C總線上的每一個設備都可以作為主設備或者從設備，而且每一個從設備都會對應一個唯一的地址(可以從I2C器件的數據手冊得知)。主從設備之間就通過這個地址來確定與哪個器件進行通信，在通常的應用中，我們把CPU帶I2C總線接口的模塊作為主設備，把掛接在總線上的其他設備都作為從設備。

1. 總線上能掛接的器件數量
I2C總線上可掛接的設備數量受總線的最大電容400pF 限制，如果所掛接的是相同型號的器件，則還受器件地址的限制。
一般I2C設備地址是7位地址（也有10位），地址分成兩部分：芯片固化地址（生產芯片時候哪些接地，哪些接電源，已經固定），可編程地址（引出IO口，由硬件設備決定）。
例如： 某一個器件是7 位地址，其中10101 xxx 高4位出廠時候固定了，低3位可以由設計者決定。
則一條I2C總線上只能掛該種器件最少8個。
如果7位地址都可以編程，那理論上就可以達到128個器件，但實際中不會掛載這么多。

2. 總線速度傳輸速度：
I2C總線數據傳輸速率在標準模式下可達100kbit/s，快速模式下可達400kbit/s，高速模式下可達3.4Mbit/s。一般通過I2C總線接口可編程時鐘來實現傳輸速率的調整。

3. 總線數據長度
I2C總線上的主設備與從設備之間以字節(8位)為單位進行雙向的數據傳輸。

2.4 I2C總線協議基本時序信號

空閑狀態：SCL和SDA都保持著高電平。

起始條件：總線在空閑狀態時，SCL和SDA都保持著高電平，當SCL為高電平期間而SDA由高到低的跳變，表示產生一個起始條件。在起始條件產生后，總線處于忙狀態，由本次數據傳輸的主從設備獨占，其他I2C器件無法訪問總線。

停止條件：當SCL為高而SDA由低到高的跳變，表示產生一個停止條件。

答應信號：每個字節傳輸完成后的下一個時鐘信號，在SCL高電平期間，SDA為低，則表示一個應答信號。

非答應信號：每個字節傳輸完成后的下一個時鐘信號，在SCL高電平期間，SDA為高，則表示一個應答信號。應答信號或非應答信號是由接收器發出的，發送器則是檢測這個信號（發送器，接收器可以從設備也可以主設備）。

注意：起始和結束信號總是由主設備產生。

2.5 起始信號與停止信號

起始信號就是: 時鐘線SCL處于高電平的時候，數據線SDA由高電平變為低電平的過程。SCL=1;SDA=1;SDA=0;

停止信號就是: 時鐘線SCL處于低電平的時候, 數據線SDA由低電平變為高電平的過程。SCL=1;SDA=0;SDA=1;

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2.6 應答信號

數據位的第9位就時應答位。 讀取應答位的流程和讀取數據位是一樣的。示例: SCL=0;SCL=1;ACK=SDA; 這個ACK就是讀取的應答狀態。

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2.7 數據位傳輸時序

通過時序圖了解到，SCL處于高電平的時候數據穩定，SCL處于低電平的時候數據不穩定。

那么對于寫一位數據(STM32--->AT24C08):SCL=0;SDA=data;SCL=1;

那么對于讀一位數據(STM32<-----AT24C08):?SCL=0;SCL=1;data=SDA;??

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2.8 總線時序

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四、IIC總線時序代碼、AT24C08讀寫代碼

在調試IIC模擬時序的時候，可以在淘寶上買一個24M的USB邏輯分析儀，時序出現問題，使用邏輯分析儀一分析就可以快速找到問題。

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完整的工程源碼下載地址,下載即可編譯運行測試（包含了模擬IIC時序、STM32硬件IIC時序分別驅動AT24C02和AT24C08）: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/19399945

4.1 iic.c 這是STM32的IIC硬件時序完整代碼

/*
函數功能: 初始化IIC總線
硬件連接: 
				SCL---PB6
				SDA---PB7
*/
void IIC_Init(void)
{
	 /*1. 時鐘配置*/
	 RCC->APB2ENR|=1<<3; //PB

 	 /*2. GPIO口模式配置*/
	 GPIOB->CRL&=0x00FFFFFF;
	 GPIOB->CRL|=0xFF000000; //復用開漏輸出
	 GPIOB->ODR|=0x3<<6;
		
	 /*3. GPIO口時鐘配置(順序不能錯)*/
	 RCC->APB1ENR|=1<<21; //I2C1時鐘
	 RCC->APB1RSTR|=1<<21; //開啟復位時鐘
	 RCC->APB1RSTR&=~(1<<21);//關閉復位時鐘
	
	 /*4. 配置IIC的核心寄存器*/
	 I2C1->CR2=0x24<<0;  //配置主機頻率為36MHZ
	 I2C1->CCR|=0x2D<<0; //配置主機頻率是400KHZ
	 I2C1->CR1|=1<<0;    //開啟IIC模塊
	
	/*
	CCR=主機時鐘頻率/2/IIC總線的頻率
	45=36MHZ/2/400KHZ  ---0x2D
	*/
}


/*
函數功能: 發送起始信號
當時鐘線為高電平的時候，數據線由高電平變為低電平的過程
*/
void IIC_SendStart(void)
{
	I2C1->CR1|=1<<8; //產生起始信號
	while(!(I2C1->SR1&1<<0)){} //等待起始信號完成
	I2C1->SR1=0; //清除狀態位
}

/*
函數功能: 停止信號
當時鐘線為高電平的時候，數據線由低電平變為高電平的過程
*/
void IIC_SendStop(void)
{
		I2C1->CR1|=1<<9;
}

/*
函數功能: 發送地址數據
*/
void IIC_SendAddr(u8 addr)
{
	u32 s1,s2;
	I2C1->DR=addr; //發送數據
	while(1)
	{
			s1=I2C1->SR1;
			s2=I2C1->SR2;
		  if(s1&1<<1) //判斷地址有沒有發送成功
			{
					break;
			}
	}
}

/*
函數功能: 發送數據
*/
void IIC_SendOneByte(u8 addr)
{
	u32 s1,s2;
	I2C1->DR=addr; //發送數據
	while(1)
	{
			s1=I2C1->SR1;
			s2=I2C1->SR2;
			if(s1&1<<2) //判斷數據有沒有發送成功
			{
					break;
			}
	}
}

/*
函數功能: 接收一個字節數據
*/
u8 IIC_RecvOneByte(void)
{
	u8 data=0;
	I2C1->CR1|=1<<10; //使能應答
	while(!(I2C1->SR1&1<<6)){} //等待數據
	data=I2C1->DR;
	I2C1->CR1&=~(1<<10); //關閉應答使能
	return data;
}

4.2 AT24C08.c 這是AT24C08完整的讀寫代碼

*
函數功能: 寫一個字節
函數參數:
	u8 addr 數據的位置(0~1023)
	u8 data 數據范圍(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) //第一個塊
    {
        write_device_addr|=0x0<<1;
        read_device_addr|=0x0<<1;
    }
    else if(addr<256*2) //第二個塊
    {
        write_device_addr|=0x1<<1;
        read_device_addr|=0x1<<1;
    }
    else if(addr<256*3) //第三個塊
    {
        write_device_addr|=0x2<<1;
        read_device_addr|=0x2<<1;
    }
    else if(addr<256*4) //第四個塊
    {
        write_device_addr|=0x3<<1;
        read_device_addr|=0x3<<1;
    }
    addr=addr%256; //得到地址范圍

    
    IIC_SendStart();//起始信號
    IIC_SendAddr(write_device_addr);//發送設備地址
    IIC_SendOneByte(addr); //數據存放的地址
    IIC_SendOneByte(data); //發送將要存放的數據
    IIC_SendStop(); //停止信號
    DelayMs(10); //等待寫
}


/*
函數功能: 讀一個字節
函數參數:
	u8 addr 數據的位置(0~1023)
返回值: 讀到的數據
*/
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) //第一個塊
    {
        write_device_addr|=0x0<<1;
        read_device_addr|=0x0<<1;
    }
    else if(addr<256*2) //第二個塊
    {
        write_device_addr|=0x1<<1;
        read_device_addr|=0x1<<1;
    }
    else if(addr<256*3) //第三個塊
    {
        write_device_addr|=0x2<<1;
        read_device_addr|=0x2<<1;
    }
    else if(addr<256*4) //第四個塊
    {
        write_device_addr|=0x3<<1;
        read_device_addr|=0x3<<1;
    }
    addr=addr%256; //得到地址范圍

    IIC_SendStart();//起始信號
    IIC_SendAddr(write_device_addr);//發送設備地址
    IIC_SendOneByte(addr); //將要讀取數據的地址
    IIC_SendStart();//起始信號
    IIC_SendAddr(read_device_addr);//發送設備地址
    data=IIC_RecvOneByte();//讀取數據
    IIC_SendStop(); //停止信號
    return data;
}


/*
函數功能: 從指定位置讀取指定長度的數據
函數參數:
	u16 addr 數據的位置(0~1023)
	u16 len 讀取的長度
	u8 *buffer 存放讀取的數據
返回值: 讀到的數據
*/
void AT24C08_ReadByte(u16 addr,u16 len,u8 *buffer)
{
	 u16 i=0;
	IIC_SendStart();//起始信號
	IIC_SendAddr(AT24C08_WRITE_ADDR);//發送設備地址
	IIC_SendOneByte(addr); //將要讀取數據的地址	
	IIC_SendStart();//起始信號
	IIC_SendAddr(AT24C08_READ_ADDR);//發送設備地址
	
	for(i=0;ilen) //判斷當前頁剩余的字節空間是否夠寫
		{
				page_byte=len; //表示一次性可以寫完
		}
		while(1)
		{
				AT24C08_PageWrite(addr,page_byte,buffer); //寫一頁
				if(page_byte==len)break; //寫完了
				buffer+=page_byte; //指針偏移
				addr+=page_byte;//地址偏移
				len-=page_byte;//得到剩余沒有寫完的長度
				if(len>16)page_byte=16;
				else page_byte=len; //一次可以寫完
		}
};i++)>

4.3 main.c 這是AT24C08測試代碼

#include "stm32f10x.h"
#include "beep.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include 
#include 
#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); //輔助串口1接收，超時時間為20ms
    USART_X_Init(USART1,72,115200);

    IIC_Init(); //IIC總線初始化
    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);

               //測試第0塊
//            data=AT24C08_ReadOneByte(0);
//            AT24C08_WriteOneByte(0,data+1);
//            printf("data=%d\n",data);
               //測試第1塊
//            data=AT24C08_ReadOneByte(300);
//            AT24C08_WriteOneByte(300,data+1);
//            printf("data=%d\n",data);
               //測試第2塊
//            data=AT24C08_ReadOneByte(600);
//            AT24C08_WriteOneByte(600,data+1);
//            printf("data=%d\n",data);
               //測試第3塊
             data=AT24C08_ReadOneByte(900);
             AT24C08_WriteOneByte(900,data+1);
             printf("data=%d\n",data);
        }
    }
}

串口調試助手源碼下載地址:QT應用編程: 開發串口調試助手_DS小龍哥的博客-CSDN博客

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審核編輯：湯梓紅

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