iic基础知识基础iic。

前言：

本系列教程将HAL库与STM32CubeMX结合在一起讲解，使您可以更快速的学会各个模块的使用

在之前的标准库中，STM32的硬件IIC非常复杂，更重要的是它并不稳定，所以都不推荐使用。
但是在我们的HAL库中，对硬件IIC做了全新的优化，使得之前软件IIC几百行代码，在HAL库中，只需要寥寥几行就可以完成 那么这篇文章将带你去感受下它的优异之处

IIC 简介

IIC(Inter－Integrated Circuit)总线是一种由NXP（原PHILIPS）公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。多用于主控制器和从器件间的主从通信，在小数据量场合使用，传输距离短，任意时刻只能有一个主机等特性。

在 CPU 与被控 IC 之间、IC 与 IC 之间进行双向传送，高速 IIC 总线一般可达 400kbps 以上。

PS： 这里要注意IIC是为了与低速设备通信而发明的，所以IIC的传输速率比不上SPI

IIC一共有只有两个总线： 一条是双向的数据线ＳＤＡ，一条是串行时钟线ＳＣＬ

所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。I2C总线上的每一个设备都对应一个唯一的地址。

这里我们仅介绍基于AT24C02的IIC通信

以AT24C02为例子
24C02是一个2K Bit的串行EEPROM存储器（掉电不丢失），内部含有256个字节。在24C02里面有一个8字节的页写缓冲器。

• A0,A1,A2：硬件地址引脚
• WP：写保护引脚，接高电平只读，接地允许读和写
• SCL和SDA：IIC总线

可以通过存储IC的型号来计算芯片的存储容量是多大，比如24C02后面的02表示的是可存储2Kbit的数据，转换为字节的存储量为21024/8 = 256byte；那么24C04后面的04表示的是可存储4Kbit的数据，转换为字节的储存量为41024/8 = 512byte;以此来类推其它型号的存储空间。

下图为芯片从地址：

可以看出对于不同大小的24Cxx，具有不同的从器件地址。由于24C02为2k容量，也就是说只需要参考图中第一行的内容：

芯片的寻址：
AT24C设备地址为如下，前四位固定为1010，A2~A0为由管脚电平。AT24CXX EEPROM Board模块中默认为接地。所以A2~A0默认为000，最后一位表示读写操作。所以AT24Cxx的读地址为0xA1,写地址为0xA0。

也就是说如果是
写24C02的时候，从器件地址为10100000（0xA0）；
读24C02的时候，从器件地址为10100001（0xA1）。

片内地址寻址：

芯片寻址可对内部256B中的任一个进行读/写操作，其寻址范围为00~FF，共256个寻址单位。

对应的修改 A2A1A0 三位数据即可
向AT24C02中写数据

操作时序：

1. MCU先发送一个开始信号(START)启动总线
2. 接着跟上首字节，发送器件写操作地址(DEVICE ADDRESS)+写数据(0xA0)
3. 等待应答信号(ACK)
4. 发送数据的存储地址。24C02一共有256个字节的存储空间，地址从0x00~0xFF，想把数据存储在哪个位置，此刻写的就是哪个地址。
5. 发送要存储的数据第一字节、第二字节、…注意在写数据的过程中，E2PROM每个字节都会回应一个“应答位0”，老告诉我们写E2PROM数据成功，如果没有回应答位，说明写入不成功。
6. 发送结束信号（STOP）停止总线

注意：

在写数据的过程中，每成功写入一个字节，E2PROM存储空间的地址就会自动加1，当加到0xFF后，再写一个字节，地址就会溢出又变成0x00。

写数据的时候需要注意，E2PROM是先写到缓冲区，然后再“搬运到”到掉电非易失区。所以这个过程需要一定的时间，AT24C02这个过程是不超过5ms！
所以，当我们在写多个字节时，写入一个字节之后，再写入下一个字节之前，必须延时5ms才可以

从AT24C02中读数据

1，读当前地址的数据

2、读随机地址的数据

1. MCU先发送一个开始信号(START)启动总线
2. 接着跟上首字节，发送器件写操作地址(DEVICE ADDRESS)+写数据(0xA0)
   注意：这里写操作是为了要把所要读的数据的存储地址先写进去，告诉E2PROM要读取哪个地址的数据。
3. 发送要读取内存的地址(WORD ADDRESS)，通知E2PROM读取要哪个地址的信息。
4. 重新发送开始信号(START)
5. 发送设备读操作地址(DEVICE ADDRESS)对E2PROM进行读操作 (0xA1)
6. E2PROM会自动向主机发送数据，主机读取从器件发回的数据，在读一个字节后，MCU会回应一个应答信号(ACK)后，E2PROM会继续传输下一个地址的数据，MCU不断回应应答信号可以不断读取内存的数据
7. 如果不想读了，告诉E2PROM不想要数据了，就发送一个“非应答位NAK(1)”。发送结束信号（STOP）停止总线
   

   3、连续读数据

   
   E2PROM支持连续写操作，操作和单个字节类似，先发送设备写操作地址(DEVICE ADDRESS)，然后发送内存起始地址(WORD ADDRESS)，MCU会回应一个应答信号(ACK)后，E2PROM会继续传输下一个地址的数据，MCU不断回应应答信号可以不断读取内存的数据。E2PROM的地址指针会自动递增，数据会依次保存在内存中。不应答发送结束信号后终止传输。

   基于CubeMx的讲解

   
   点击I2C1 设置为I2C 因为我们的硬件IIC 芯片一般都是主设备，也就是一般情况设置主模式即可

• Master  features  主模式特性
• I2C Speed Mode： IIC模式设置 快速模式和标准模式。实际上也就是速率的选择。
• I2C Clock Speed：I2C传输速率，默认为100KHz
• Slave  features  从模式特性
• Clock No Stretch Mode： 时钟没有扩展模式
• IIC时钟拉伸(Clock stretching)
  clock stretching通过将SCL线拉低来暂停一个传输.直到释放SCL线为高电平,传输才继续进行.clock stretching是可选的,实际上大多数从设备不包括SCL驱动,所以它们不能stretch时钟.
  Primary Address Length selection： 从设备地址长度 设置从设备的地址是7bit还是10bit 大部分为7bit
• Dual Address Acknowledged： 双地址确认
• Primary slave address：  从设备初始地址
  这里我们保持默认即可

IIC HAL库代码部分

在i2c.c文件中可以看到IIC初始化函数。

在stm32f1xx_hal_i2c.h头文件中可以看到I2C的操作函数。分别对应轮询，中断和DMA三种控制方式

上面的函数看起来多，但是只是发送和接收的方式改变了，函数的参数和本质功能并没有改变
比方说IIC发送函数 还是发送函数，只不过有普通发送，DMA传输，中断 的几种发送模式

IIC写函数

 HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

功能：IIC写数据
参数：

• *hi2c 设置使用的是那个IIC 例：&hi2c2
• DevAddress 写入的地址 设置写入数据的地址 例 0xA0
• *pData 需要写入的数据
• Size 要发送的字节数

Timeout 最大传输时间，超过传输时间将自动退出传输函数

IIC读函数

HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

功能：IIC读一个字节
参数：

• *hi2c： 设置使用的是那个IIC 例：&hi2c2
• DevAddress： 写入的地址 设置写入数据的地址 例 0xA0
• *pDat：a 存储读取到的数据
• Size： 发送的字节数
• Timeout： 最大读取时间，超过时间将自动退出读取函数

IIC写数据函数

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);
/* 第1个参数为I2C操作句柄 第2个参数为从机设备地址 第3个参数为从机寄存器地址 第4个参数为从机寄存器地址长度 第5个参数为发送的数据的起始地址 第6个参数为传输数据的大小 第7个参数为操作超时时间 　　*/

功能： IIC写多个数据 该函数适用于IIC外设里面还有子地址寄存器的设备，比方说E2PROM,除了设备地址，每个存储字节都有其对应的地址

参数：

• *hi2c： I2C设备号指针，设置使用的是那个IIC 例：&hi2c2
• DevAddress： 从设备地址 从设备的IIC地址 例E2PROM的设备地址 0xA0
• MemAddress： 从机寄存器地址 ，每写入一个字节数据，地址就会自动+1
• MemAddSize： 从机寄存器地址字节长度 8位或16位
  写入数据的字节类型 8位还是16位
  I2C_MEMADD_SIZE_8BIT
  I2C_MEMADD_SIZE_16BIT
  在stm32f1xx_hal_i2c.h中有定义
  
• *pData： 需要写入的的数据的起始地址
• Size： 传输数据的大小 多少个字节
• Timeout： 最大读取时间，超过时间将自动退出函数
  在传输过程，寄存器地址和源数据地址是会自加的。

举例：

8位：

HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, ADDR, i, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&(I2C_Buffer_Write[i]),8, 1000);

HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2, ADDR, i, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&(I2C_Buffer_Write[i]),8, 1000);

16位：

HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2, ADDR, i, I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,&(I2C_Buffer_Write[i]),8, 1000);

HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2, ADDR, i, I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,&(I2C_Buffer_Write[i]),8, 1000);

至于读函数也是如此，因此用HAL_I2C_Mem_Write和HAL_I2C_Mem_Read，来写读指定设备的指定寄存器数据是十分方便的，让设计过程省了好多步骤。

如果只往某个外设中写数据，则用Master_Transmit。　如果是外设里面还有子地址，例如我们的E2PROM，有设备地址，还有每个数据的寄存器存储地址。则用Mem_Write。
Mem_Write是2个地址，Master_Transmit只有从机地址

由于这个系列的存储器最多只能8字节页写模式，所以需要8字节的分开读取，需要加延时

 for(int i = 0;i<6;i++)
 {
     HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,0xa0,8*i,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,pData+8*i,8, 0xffff);
    HAL_Delay(20);
 }

至此就可以成功写入，读取的话可以一次性读取。

HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1,0xa1,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,rData,50, 0xffff);