STM32--IIC

一、IIC简介

左边位串口，右边位IIC

SDL数据传输主机可以向从机传送数据，从机也可以向主机传送，SCL作为时钟线，仅仅可以由主机发出，核心作用是 "同步通信节奏

时钟信号（比如 I2C 的 SCL）和数据信号（比如 I2C 的 SDA）是通信总线里的 "分工搭档"，核心区别在作用、特性、内容这三点：

1. 作用不同

   • 时钟信号：是 "节拍器"，负责同步通信节奏，让收发双方按统一的时间规则操作（比如 "什么时候读数据、什么时候发数据"）。

   • 数据信号：是 "内容载体"，负责传递实际要通信的信息（比如地址、指令、数值）。

2. 特性不同

   • 时钟信号：通常是固定频率的脉冲（比如 I2C 的 SCL 是周期性高低电平），节奏由主设备控制。

   • 数据信号：电平随传输的内容变化（比如要发 "1" 就输出高电平，发 "0" 就输出低电平），内容由通信需求决定。

3. 内容属性不同

   • 时钟信号：本身不包含业务信息，只是 "控制时序的工具"。

   • 数据信号：承载的是实际要交互的业务信息（比如传感器的测量值、芯片的配置指令）。

简单说：时钟是 "通信节奏的指挥"，数据是 "要传递的消息本身"。

1. 实现双向通信 + 线与逻辑

SDA 需要同时支持 "主设备发数据" 和 "从设备回数据 / 应答"，开漏输出的高阻态特性（输出 1 时 = 断开引脚），让 SDA 既能输出低电平，又能直接检测总线上的电平（相当于输入模式），不用频繁切换 IO 模式。

而线与逻辑（多个设备共享总线时，只要有一个拉低 SDA，总线就是低电平；所有设备释放时，上拉电阻拉成高电平）是 I2C "多主设备仲裁""从设备应答" 的基础。

2. 避免短路 / 硬件损坏

如果 SDA 用推挽输出（同时能主动输出高 / 低电平），当主设备输出高电平、从设备拉低 SDA 应答时，会形成 "电源→引脚→地" 的直流通路，导致电流过大、烧毁芯片。

3. 兼容不同电压设备

开漏输出的高电平由外部上拉电阻提供，能同时连接 3.3V 和 5V 设备（比如主设备是 3.3V MCU，从设备是 5V 传感器），不用额外加电平转换电路。

而 SCL 可以用推挽输出（因为主设备完全控制 SCL，从设备不主动拉低），但实际工程中也常和 SDA 一样用开漏 + 上拉（兼容多主设备场景）。

二、IIC协议

低电平采集，高电平读取

发送0xA1表示需要主机读取从机的数据

三、EEPROM

1、程序移植

将LED文件复制，重命名为IIC

添加myiic.c文件

先将头文件修改

2、修改头文件(maiic.h)

使用宏定义方便移植

#ifndef _MYIIC_H
#define _MYIIC_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"


/******************************************************************************************/
/* 引脚 定义 */

#define IIC_SCL_GPIO_PORT                  GPIOA
#define IIC_SCL_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_2
#define IIC_SCL_GPIO_CLK_ENABLE()          do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0)             /* PA口时钟使能 */

#define IIC_SDA_GPIO_PORT                  GPIOA
#define IIC_SDA_GPIO_PIN                   GPIO_PIN_3
#define IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE()          do{ __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); }while(0)  


/******************************************************************************************/
/* LED端口定义 */
#define IIC_SCL(x)   do{ x ? \
                      HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_GPIO_PORT, IIC_SCL_GPIO_PIN , GPIO_PIN_SET) : \
                      HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_GPIO_PORT, IIC_SCL_GPIO_PIN , GPIO_PIN_RESET); \
                  }while(0)      /* LED0翻转 */

#define IIC_SDA(x)   do{ x ? \
                      HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN , GPIO_PIN_SET) : \
                      HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN , GPIO_PIN_RESET); \
                  }while(0)      /* LED1翻转 */

#define IIC_READ__SDA(x)  HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_GPIO_PORT, IIC_SDA_GPIO_PIN)   //读取SDA电平

#endif

3、IIC引脚初始化及程序编写（maiic.c）

#include "myiic.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"

/**
 * @brief       I2C总线初始化函数
 * @note        初始化SCL和SDA引脚为GPIO输出模式，SCL推挽输出，SDA开漏输出，默认上拉
 *              初始化完成后，SCL和SDA均置为高电平，进入I2C空闲状态
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;  // GPIO初始化结构体
    
    IIC_SCL_GPIO_CLK_ENABLE();          /* 使能SCL引脚对应的GPIO端口时钟 */
    IIC_SDA_GPIO_CLK_ENABLE();          /* 使能SDA引脚对应的GPIO端口时钟 */

    /* 配置SCL引脚：推挽输出 + 上拉 */
    gpio_init_struct.Pin = IIC_SCL_GPIO_PIN;        /* 指定SCL引脚 */
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;    /* 推挽输出模式（I2C时钟线为主机控制，可用推挽） */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;            /* 上拉电阻使能，保证空闲时为高电平 */ 
    HAL_GPIO_Init(IIC_SCL_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);  /* 初始化SCL引脚 */
	
    /* 配置SDA引脚：开漏输出 + 上拉 */
    gpio_init_struct.Pin = IIC_SDA_GPIO_PIN;        /* 指定SDA引脚 */
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;    /* 开漏输出模式（I2C数据线需要双向通信，必须开漏） */
    gpio_init_struct.Pull = GPIO_PULLUP;            /* 上拉电阻使能，保证空闲时为高电平 */ 
    HAL_GPIO_Init(IIC_SCL_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);  /* 初始化SDA引脚 */
	  
    IIC_SCL(1);  /* SCL置高，空闲状态 */
    IIC_SDA(1);  /* SDA置高，空闲状态 */
}

/**
 * @brief       I2C总线延时函数
 * @note        用于保证I2C通信时序的稳定性，延时2us（根据实际系统主频调整）
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_delay(void)
{
    delay_us(2);  /* 调用微秒级延时函数，延时2us */
}

/**
 * @brief       发送I2C起始信号
 * @note        起始信号时序：SCL高电平时，SDA从高电平拉低
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_start(void)
{
    IIC_SCL(1);  /* 先将SCL置高 */
    IIC_SDA(1);  /* 先将SDA置高，保证总线处于空闲状态 */
    iic_delay(); /* 延时稳定电平 */
    IIC_SDA(0);  /* SCL高电平时，SDA拉低，产生起始信号 */
    iic_delay(); /* 延时保证信号稳定 */
    IIC_SCL(0);  /* 拉低SCL，准备发送/接收数据 */
    iic_delay(); /* 延时稳定 */
}

/**
 * @brief       发送I2C停止信号
 * @note        停止信号时序：SCL高电平时，SDA从低电平拉高
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_stop(void)
{
    IIC_SDA(0);  /* 先将SDA置低 */
    iic_delay(); /* 延时稳定电平 */
    IIC_SCL(1);  /* 拉高SCL */
    iic_delay(); /* 延时保证信号稳定 */
    IIC_SDA(1);  /* SCL高电平时，SDA拉高，产生停止信号 */
    iic_delay(); /* 延时稳定 */
}

/**
 * @brief       发送I2C应答信号(ACK)
 * @note        应答信号时序：SCL高电平时，SDA保持低电平
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_ack(void)
{
    IIC_SDA(0);  /* SDA置低，表示应答 */
    iic_delay(); /* 延时稳定电平 */
    IIC_SCL(1);  /* 拉高SCL，让从机检测应答信号 */
    iic_delay(); /* 延时保证从机检测到 */
    IIC_SCL(0);  /* 拉低SCL，结束应答 */
    iic_delay(); /* 延时稳定 */
    IIC_SDA(1);  /* 释放SDA总线 */
    iic_delay(); /* 延时稳定 */
}

/**
 * @brief       发送I2C非应答信号(NACK)
 * @note        非应答信号时序：SCL高电平时，SDA保持高电平
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void iic_nack(void)
{
    IIC_SDA(1);  /* SDA置高，表示非应答 */
    iic_delay(); /* 延时稳定电平 */
    IIC_SCL(1);  /* 拉高SCL，让从机检测非应答信号 */
    iic_delay(); /* 延时保证从机检测到 */
    IIC_SCL(0);  /* 拉低SCL，结束非应答 */
    iic_delay(); /* 延时稳定 */
}

/**
 * @brief       等待从机的应答信号
 * @note        主机释放SDA，等待从机拉低SDA产生应答，超时则返回错误
 * @param       无
 * @retval      0: 接收到应答(ACK)  1: 未接收到应答/超时(NACK)
 */
uint8_t iic_wait_ack()
{
    uint8_t rack = 0;     /* 应答状态标志：0=成功，1=失败 */
    uint8_t waittime = 0; /* 超时计数变量 */
    
    IIC_SDA(1);           /* 主机释放SDA总线，由从机控制 */
    iic_delay();          /* 延时稳定电平 */
    IIC_SCL(1);           /* 拉高SCL，等待从机应答 */
    iic_delay();          /* 延时稳定 */
    
    /* 循环检测SDA电平，判断是否收到应答 */
    while(IIC_READ_SDA)   /* 若SDA为高，表示未收到应答，进入循环等待 */
    {
        waittime++;       /* 超时计数+1 */
        if(waittime > 250)/* 超时判断（可根据实际系统调整） */
        {
            iic_stop();   /* 超时后发送停止信号，终止通信 */
            rack = 1;     /* 标记应答失败 */
        }
        break;            /* 注：此处break会导致仅检测1次，建议移到if内部 */
    }
    
    IIC_SCL(0);  /* 拉低SCL，结束应答检测 */
    iic_delay(); /* 延时稳定 */
    return rack; /* 返回应答状态 */
}

/**
 * @brief       向I2C总线发送1个字节数据
 * @note        数据高位先行，逐位发送，SCL时钟同步
 * @param       data: 要发送的8位数据
 * @retval      无
 */
void iic_send_byte(uint8_t data)
{
    /* 循环发送8位数据（I2C为8位通信） */
    for(uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        /* 发送当前最高位：(data & 0X80)取出最高位，右移7位转为0/1 */
        IIC_SDA((data & 0X80) >> 7);
        iic_delay();       /* 延时稳定电平 */
        IIC_SCL(1);        /* 拉高SCL，让从机读取当前位 */
        iic_delay();       /* 延时保证从机读取到 */
        IIC_SCL(0);        /* 拉低SCL，准备发送下一位 */
        iic_delay();       /* 延时稳定 */
        data <<= 1;        /* 数据左移1位，将次高位变为最高位 */
    }
    IIC_SDA(1);  /* 发送完成后释放SDA总线 */
    iic_delay(); /* 延时稳定 */
}

/**
 * @brief       从I2C总线读取1个字节数据
 * @note        数据高位先行，逐位读取，读取完成后发送ACK/NACK
 * @param       ack: 读取完成后是否发送应答  0: 发送NACK  1: 发送ACK
 * @retval      读取到的8位数据
 */
uint8_t iic_read_byte(uint8_t ack)
{
    uint8_t receive = 0;  /* 存储读取到的字节数据，初始化为0 */
    
    /* 循环读取8位数据（I2C为8位通信） */
    for(uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        receive <<= 1;    /* 数据左移1位，空出最低位，准备接收新位 */
        IIC_SDA(1);       /* 主机释放SDA总线，由从机控制 */
        iic_delay();      /* 延时稳定电平 */
        IIC_SCL(1);       /* 拉高SCL，从机输出当前位数据到SDA */
        iic_delay();      /* 延时保证数据稳定 */
        
        /* 读取SDA当前电平：
         * - 若SDA为高电平(1)，将receive最低位设为1
         * - 若SDA为低电平(0)，receive最低位保持0（左移后默认0）
         */
        if(IIC_READ_SDA)
        {
            receive |= 1;
        }
        
        IIC_SCL(0);       /* 拉低SCL，从机准备下一位数据 */
        iic_delay();      /* 延时稳定 */
    }
    
    /* 根据参数决定发送ACK或NACK */
    if(!ack)
    {
        iic_nack(); /* 发送非应答，表示后续无数据读取 */
    }
    else
    {
        iic_ack();  /* 发送应答，表示继续读取下一个字节 */
    }
    
    return receive; /* 返回读取到的完整字节数据 */
}

注释：上述代码由IIC协议编写，注释用AI生成

在头文件中进行声明

四、实现24C02读写函数

头文件"atc_24c02.h"

#ifndef _ATC_24C02_H
#define _ATC_24C02_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "myiic.h"
 
 
void atk_24c02_init(void);
void atk_24cxx_write_one_byte(uint16_t addr, uint8_t data);
uint8_t atk_24cxx_read_one_byte(uint16_t addr);


#endif

源文件"atc_24c02.c"

/**
 ****************************************************************************************************
 * @file        led.c
 * @author      正点原子团队(ALIENTEK)
 * @version     V1.0
 * @date        2020-04-17
 * @brief       LED 驱动代码
 * @license     Copyright (c) 2020-2032, 广州市星翼电子科技有限公司
 ****************************************************************************************************
 * @attention
 *
 * 实验平台:正点原子 MiniSTM32 V4开发板
 * 在线视频:www.yuanzige.com
 * 技术论坛:www.openedv.com
 * 公司网址:www.alientek.com
 * 购买地址:openedv.taobao.com
 *
 * 修改说明
 * V1.0 20200417
 * 第一次发布
 *
 ****************************************************************************************************
 */
 
#include "myiic.h"
#include "atc_24c02.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"

/**
 * @brief       初始化LED相关IO口, 并使能时钟
 * @param       无
 * @retval      无
 */
void atk_24c02_init(void)
{
     iic_init();
}


void atk_24cxx_write_one_byte(uint16_t addr, uint8_t data)
{
    iic_start();        /* 发送起始信号 */
    iic_send_byte(0XA0);/* 发送器件 0XA0 */
    iic_wait_ack();
    iic_send_byte(addr);/* 发送地址 */
    iic_wait_ack();
    iic_send_byte(data);/* 发送1字节 */
    iic_wait_ack();
    iic_stop();         /* 产生一个停止条件 */
    delay_ms(10);       /* EEPROM 写入比较慢 */
}



uint8_t atk_24cxx_read_one_byte(uint16_t addr)
{
    uint8_t temp = 0;
    iic_start();                     /* 发送起始信号 */
    iic_send_byte(0XA0);             /* 发送器件 0XA0 */
    iic_wait_ack();                  /* 每次发送完一个字节,都要等待ACK */
    iic_send_byte(addr);             /* 发送低位地址 */
    iic_wait_ack();                  /* 等待ACK,此时地址发送完成了 */
    iic_start();                     /* 重新发送起始信号 */
    iic_send_byte(0XA1);             /* 进入接收模式,IIC规定最低位是0,表示读取 */
    iic_wait_ack();                  /* 每次发送完一个字节,都要等待ACK */
    temp = iic_read_byte(0);         /* 接收一个字节数据 */
    iic_stop();                      /* 产生一个停止条件 */
    return temp;
}