STM32CubeMX系列教程9:内部集成电路(I2C)
1.I2C总线简介
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。
2.I2C硬件电路
I2C总线为漏极开路结构(OD)，因此它们必须接有上拉电阻,阻值常为 4k7 或 10k ；当总线空闲时，两根线均为高电平。OD门与其它任意数量的OD与OC门成"线与"关系，即当总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低。
3.I2C协议
I2C有三种状态信号:开始信号、结束信号和应答信号
开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平转变为低电平跳变，表示开始通信。
结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平转变为高电平跳变，结束结束通信。
应答信号：接收数据的IC在接收到一个字节数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。
在数据传输过程中，SCL时钟为主设备控制，SCL为高的时候读取数据SDA的数据，SCL为低的时候，主设备改变SDA的数据准备传输下一位。数据从高位开始传输，当传输8位后，主设备会释放SDA总线。如果从设备正确接收到数据，则从设备会拉低SDA总线，则产生一个应答信号。如果从设备出错，不拉低SDA总线，由于上拉电阻的作用，SDA的电平会变为高电平，即为非应答信号。数据传输总是以开始信号开始传输，以结束信号终止传输，中间可以传输多个字节的数据。
4.AT24Cxx
AT24C系列为美国ATMEL公司推出的串行COMS型E2PROM。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。
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。A2~A0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。
写字节操作MCU先发送一个开始信号(START)，然后发送器件写操作地址(DEVICE ADDRESS)，E2PROM接收到地址后，如果地址和自身的地址一样，E2PROM就会回一个应答信号(ACK)。MCU接收到应答信号后，再发送要操作的内存地址(WORD ADDRESS)，得到应答后再传输写入的数据(DATA)。再次等待E2PROM应答后发送结束信号（STOP）结束传输。
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)，然后不断传输数据。E2PROM的地址指针会自动递增，数据会依次保存在内存中。
E2PROM读字节操作如下，先发送设备写操作地址(DEVICE ADDRESS)，然后发送要读取内存的地址(WORD ADDRESS)。然后重新发送开始信号(START)，发送设备读操作地址(DEVICE ADDRESS)对E2PROM进行读操作。此时MCU释放SDA数据线，E2PROM控制SDA数据总线，将内存地址中对应的数据发送给MCU。
同理，E2PROM可以连续读操作，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，不应答发送结束信号后终止传输。
注意：每次操作都是由MCU先发送开始信号，然后发送器件地址，写操作发送写设备地址，读操作发送读设备地址，然后再传输数据。
5.示例程序
本章程序在串口printf工程的基础上修改，复制串口printf的工程，修改文件夹名。击STM32F746I.ioc打开STM32cubeMX的工程文件重新配置。I2C1选择I2C模式，PB8,PB9管脚分别配置为I2C1_SDA，I2C2_SCL。
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 Speed Frequency)为100KHz。
生成报告以及代码，编译程序。在i2c.c文件中可以看到ADC初始化函数。在stm32f7xx_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。
在mian.c文件前面声明两个输出存储读写数据，宏定义E2PROM读写地址以及缓存数据长度。
/* USER CODE BEGIN PV */ /* Private variables ---------------------------------------------------------*/ #define ADDR_24LCxx_Write 0xA0 #define ADDR_24LCxx_Read 0xA1 #define BufferSize 0x100 uint8_t WriteBuffer[BufferSize],ReadBuffer[BufferSize]; uint16_t i; /* USER CODE END PV */
在mian()函数里面添加应用程序读写E2PROM。
/* USER CODE BEGIN 2 */
printf("\r\n***************I2C Example*******************************\r\n");
for(i=0; i<256; i++)
WriteBuffer[i]=i; /* WriteBuffer init */
/* wrinte date to EEPROM */
if(HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, ADDR_24LCxx_Write, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,WriteBuffer,BufferSize, 0x10) == 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, 0x10);
for(i=0; i<256; i++)
printf("0x%02X ",ReadBuffer[i]);
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 */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E2PROM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E2PROM的写操作设备地址。第三个参数为内存地址，第二个参数为内存地址长度，E2PROM内存长度为8bit，第四个参数为数据缓存的起始地址，第五个参数为传输数据的大小，第六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 * @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, <span style="font-size: 9pt; line-height: 16.8px; widows: auto;">uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)</span>
调用HAL_I2C_Mem_Read()函数读取E2PROM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E2PROM的读操作设备地址。第三个参数为内存地址，第二个参数为内存地址长度，第四个参数为读取数据存储的起始地址，第五个参数为传输数据的大小，第六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 * @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)
