STM32HAL库学习笔记七——I2C通信

HAL库快速部署I2C

本文主要介绍如何使用STM32CubeMX快速部署I2C通信，并与EEPROM进行数据收发。

I2C简介

I2C是一种串行同步半双工通信方式。
I2C物理层是由一条双向数据总线SDA和一条双向时间总线SCL组成，I2C总线上可以挂载多个从机设备。

stm32f103的引脚说明，来自leung——STM32CubeMX学习笔记（9）PB8 PB9 为重映射。

I2C协议层定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、响应、仲裁、时钟同步和地址广播等环节。通信流程如下：

起始信号发出后，先发出设备地址决定与哪个从机通信，WRITE位为0表示写入为1表示读出。主机每发送完一个字节数据，都要等待从机的应答信号 (ACK)，只有接收到应答信号后，主机才能继续发送或接收数据。然后开始写入/读出数据，对于EEPROM写入/读出的第一个数据是写入/读出内存的地址。若接收端希望结束数据传输，则向对方发送“非应答 (NACK)”信号，发送方接收到该信号后会产生一个停止信号，结束信号传输。

EEPROM简介

EEPROM 是一种掉电后数据不丢失的存储器，最常用的通讯方式就是 I2C 协议，STM32F103开发板中使用的 EEPROM 芯片型号是AT24C02。

AT24C02 EEPROM 的 7 位设备地址是：101 0000b ，即 0xA0。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”。

AT24C02有2K的存储容量，2K=2*1024=2048位，所以最多可以往AT24C02存储器里面写2048bit，可以写256个8位字节，写或者读的地址是0X00–0X7FF。

值得一提的是根据AT24C02的规格说明书，写入ROM是比较耗时的，写周期最大5ms，没写入完就指令写入下一组数据会出现错误，这点在编程时需要注意。

EEPROM的页写入：虽然I2C通信是串行通信，一次传输一个字节，但对于EEPROM定义了一种页写入的时序。我们希望向连续地址写入多个数据的时候，只要告诉 EEPROM 第一个内存地址 address1，后面的数据按次序写入到address2、address3…这样可以节省通讯的内容，加快速度。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。

24系列的eeprom提供缓存的技术，写入一页的数据，它先保存起来，当你停止对它操作时(stop信号后)，eeprom再把缓存的数据写好。所以页操作的最大值时受限于IC的缓存区大小的。 ——来自：EEPROM的写入操作解析
当写入数据溢出页大小限制时，溢出数据会从页起始地址再写入，如果该地址原本有数据，会被覆盖，导致写入异常。
很好的分析AT24C02的博客：stm32专题十七：AT24C02

HAL库部署IIC通信实现多字节写入

AT24C02 型EEPROM一页最多写入8个数据，所以一般来说我们不能写入超过8个数据，但是通过合理的程序编程我们可以实现跨页写入，从而一次写入多个数据。

一、CubeMX配置

1.新建工程，常规配置调试模式、时钟树、项目环境；
2.选择PB0、PB1、PB5配置为GPIO_Out，初始为高电平，用于测试程序的指示；
3.配置I2C模式、传输速度，需要中断时开中断。

4.GENERATE CODE

二、代码编写

1.函数介绍
HAL库部署I2C通信主要使用HAL_I2C_Mem_Write函数和HAL_I2C_Mem_Read函数。

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)

*hi2c是指向设备特定I2C配置信息的结构体的指针；
DevAddress是从机设备地址；
MemAddress是写入或者读出数据的地址；
MemAddSize是MemAddress的地址长度，注意hal库I2C函数中地址长度是以字节为单位的；
*pData是指向待写入的数据内存或者是存放读出数据的内存的指针；
Size是待写入的数据或者是待读出数据的数据大小；
Timeout是超时时间，超过该时间函数返回错误值。

2.单字节和页写入
这两种写入方式没有特别大差异，之间调用HAL_I2C_Mem_Write函数就可以实现。EEPROM 的单字节时序规定，向它写入数据的时候，第一个字节为内存地址，第二个字节是要写入的数据内容。
单字节写入一次写一个字节，把Size设为1就可以；页写入一次最多写入8个字节，在MemAddress模8为0时Size最大为8，参考代码如下：

#define EEPROM_ADDRESS          0xA0
#define I2C_MEMADD_SIZE_8BIT    0x00000001U

I2C_HandleTypeDef  I2C_Handle;

uint32_t I2C_EE_ByteWrite(uint8_t* pBuffer, uint8_t WriteAddr)
{
	HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;

	status = HAL_I2C_Mem_Write(&I2C_Handle, EEPROM_ADDRESS, (uint16_t)WriteAddr, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, pBuffer, 1, 100); 

	/* Check the communication status */
	if(status != HAL_OK)
	{
	/* Execute user timeout callback */
	//I2Cx_Error(Addr);
	}
	while (HAL_I2C_GetState(&I2C_Handle) != HAL_I2C_STATE_READY)
	{
		
	}

	/* Check if the EEPROM is ready for a new operation */
	while (HAL_I2C_IsDeviceReady(&I2C_Handle, EEPROM_ADDRESS, EEPROM_MAX_TRIALS, I2Cx_TIMEOUT_MAX) == HAL_TIMEOUT);

	/* Wait for the end of the transfer */
	while (HAL_I2C_GetState(&I2C_Handle) != HAL_I2C_STATE_READY)
	{
		
	}
	return status;
}

uint32_t I2C_EE_PageWrite(uint8_t* pBuffer, uint8_t WriteAddr, uint8_t NumByteToWrite)
{
	HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;
	/* Write EEPROM_PAGESIZE */
	status=HAL_I2C_Mem_Write(&I2C_Handle, EEPROM_ADDRESS,WriteAddr, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t*)(pBuffer),NumByteToWrite, 100);

	while (HAL_I2C_GetState(&I2C_Handle) != HAL_I2C_STATE_READY)
	{
		
	}

	/* Check if the EEPROM is ready for a new operation */
	while (HAL_I2C_IsDeviceReady(&I2C_Handle, EEPROM_ADDRESS, EEPROM_MAX_TRIALS, I2Cx_TIMEOUT_MAX) == HAL_TIMEOUT);

	/* Wait for the end of the transfer */
	while (HAL_I2C_GetState(&I2C_Handle) != HAL_I2C_STATE_READY)
	{
		
	}
	return status;
}

3.多字节写入
多字节写入主要针对多页写入设计，引入变量Addr（写入地址模8） count（第一页写入数据长度） NumOfPage（需要页数） NumOfSingle （去除整页剩余数据长度），先把写入第一页的起始地址后的部分写完再写入后面的数据。

void I2C_EE_BufferWrite(uint8_t* pBuffer, uint8_t WriteAddr, uint16_t NumByteToWrite)
{
  uint8_t NumOfPage = 0, NumOfSingle = 0, Addr = 0, count = 0;

  Addr = WriteAddr % EEPROM_PAGESIZE;
  count = EEPROM_PAGESIZE - Addr;
  NumOfPage =  NumByteToWrite / EEPROM_PAGESIZE;
  NumOfSingle = NumByteToWrite % EEPROM_PAGESIZE;
 
  /* 写入起始地址是8的整数倍  */
  if(Addr == 0) 
  {
    /* If NumByteToWrite < I2C_PageSize */
    if(NumOfPage == 0) 
    {
      I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
    }
    /* If NumByteToWrite > I2C_PageSize */
    else  
    {
      while(NumOfPage--)
      {
        I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, EEPROM_PAGESIZE); 
        WriteAddr +=  EEPROM_PAGESIZE;
        pBuffer += EEPROM_PAGESIZE;
      }

      if(NumOfSingle!=0)
      {
        I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
      }
    }
  }
  /* 写入起始地址非8的整数倍  */
  else 
  {
    /* If NumByteToWrite < I2C_PageSize */
    if(NumOfPage== 0) 
    {
      I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle);
    }
    /* If NumByteToWrite > I2C_PageSize */
    else
    {
      NumByteToWrite -= count;     //去掉第一页要写入的字节数
      NumOfPage =  NumByteToWrite / EEPROM_PAGESIZE;		
      NumOfSingle = NumByteToWrite % EEPROM_PAGESIZE;	
      
      /*如果起始地址与页不对齐，需要先写满当页剩下的字节*/
      if(count != 0)
      {  
        I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, count);
        WriteAddr += count;
        pBuffer += count;
      } 
      
      while(NumOfPage--)
      {
        I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, EEPROM_PAGESIZE);
        WriteAddr +=  EEPROM_PAGESIZE;
        pBuffer += EEPROM_PAGESIZE;  
      }
      if(NumOfSingle != 0)
      {
        I2C_EE_PageWrite(pBuffer, WriteAddr, NumOfSingle); 
      }
    }
  }  
}