Ⅰ、寫在前面

說到IIC，大家都應該不會陌生，我們初學單片機的時候或多或少都知道或了解過，甚至使用I2C控制過器件。但是，有多少人真正去深入理解，或者深入研究過I2C通信協議呢？

1、我們有必要學習I2C通信嗎？

I2C作為常見串行通信的其中一種，在嵌入式領域中占有很重要的地位。原因在于我們嵌入式開發的產品中有很多設備都是使用I2C進行通信的。我們開始學習單片機開發的時候最先接觸的應該是使用I2C操作EEPROM（如AT24C08）通信，這也是典型的I2C通信例子。其實還有很多常見的I2C通信設備，如溫度芯片、觸摸芯片、時鐘芯片等，當你工作今后或多或少都會遇到I2C通信的設備。所以，如果你有時間的話，請花一定時間去研究學習一下I2C通信協議，當你以后工作中需要用到I2C設備，而你沒有了解過，那個時候再去了解，恐怕項目的進度會因此而受到影響。

2、常見串行通信有哪些，我們又要了解哪些？

常見的串行通信：USART、I2C、SPI、CAN、USB等；我們需要學習哪些？這個問題筆者的建議都要學（在時間、條允許的 情況下）。想要做嵌入式開發，這些通信方式是我們常見的，因此需要掌握。

由于做技術這一行，要學到東西太多，如果你的時間真的有限，那么簡單一點的（USART、I2C、SPI）你必須要弄明白，不然你真的有點“水”。這種簡單的通信方式應該在面試中是經常問及的問題，如果你是一位剛畢業的大學生，你最好把這些東西你需要弄明白了才去面試。

I2C的讀寫對時序要求很高，所以，每一個函數都應盡量標準才行，在你自己編寫I2C驅動，或借鑒網上的需特別注意（在下面I2C讀寫函數，我會舉例說網上幾種常見的不標準的函數）。

本文是使用普通IO軟件模擬I2C通信，實現EEPROM（AT24Cxx）串行通信讀寫數據的文章，將結合I2C通信的時序和軟件來講述這種通信是如何實現的。模擬I2C的好處是移植方便，關于硬件SPI，我計劃在下一篇文章講述（網上說的“ST官網提供的I2C操作EEPROM實例有問題”是事實，有個地方確實存在不足，你知道是哪里嗎？ 請提前思考一下，下一篇文章揭曉答案）。

提供“簡潔版”和“綜合版”兩個版本的源代碼工程供大家下載學習，簡潔版內容容易理解一點（本文以此版本講述），“綜合版”相對復雜一點，包含的判斷信息更多，感興趣的朋友可以下載源代碼測試。

關于本文的更多詳情請往下看。

Ⅱ、實例工程下載

筆者針對于初學者提供的例程都是去掉了許多不必要的功能，精簡了官方的代碼，對初學者一看就明白，以簡單明了的工程供大家學習。

筆者提供的實例工程都是在板子上經過多次測試并沒有問題才上傳至360云盤，歡迎下載測試、參照學習。

提供下載的軟件工程是基于Keil（MDK-ARM） V5版本、STM32F103ZE芯片，但F1其他型號也適用（適用F1其他型號： 關注微信，回復“修改型號”）。

模擬I2C讀寫EEPROM簡潔版（不切換SDA方向、不檢測ACK位）實例源代碼工程：

http://yunpan.cn/c6WawSRZLjJIa訪問密碼 1565

模擬I2C讀寫EEPROM綜合版（切換SDA方向、檢測ACK位）實例源代碼工程：

http://yunpan.cn/c6WacI2eTkikZ訪問密碼 9151

I2C EEPROM（AT24xx）資料:

https://yunpan.cn/c667rIDPgvwTf訪問密碼 1099

STM32F1資料：

https://yunpan.cn/crBUdUGdYKam2訪問密碼 ca90

Ⅲ、關于I2C協議

I2C協議的描述請網上搜索，下面將結合時序圖+源代碼程序一起講解關于I2C協議中重要的幾點。

1.開始和停止條件

SCL時鐘電平為高：

SDA數據線由高 -> 低 為總線開始條件；

SDA數據線由低 -> 高 為總線結束條件；

（注意：開始之后將SCL變為低電平，防止誤操作SDA使其通信停止，見源代碼）

時序圖：

源代碼程序：

2.數據位傳輸

SCL時鐘電平為低， 可以改換SDA數據線的電平，在SCL上升沿的過程將SDA數據發送出去。

（切記：請先將SCL變為低電平，再改變SDA電平狀態。 主要用于I2C讀寫Byte函數，這兩個函數網上很多人寫的不規范，引用需注意，在下面我會舉例說明）

時序圖：

發送一位“高”數據流程:

SCL_LOW時鐘低-> SDA_HIGH數據-> SCL_HIGH時鐘高

3.應答位信息

I2C是以字節（8位）的方式進行傳輸，總線上每傳輸完1字節之后會有一個應答信號，主器件(主機)需要產生對應的一個額外時鐘。

應答位產生及接收：

1.在（主機）寫數據的時候是從機應答（給主機），主機檢測；

2.在（主機）讀數據的時候是主機應答（給從機），從機檢測；

（這里可以借助I2C讀寫函數一起理解）

1.時序圖（主機寫，從機應答，主機讀取應答）：

2.時序圖（主機讀，主機產生應答）：

4.I2C寫一字節

這里說的I2C寫，是主機往從機接入1Byte的數據；

“寫”要求按照上面的“數據為傳輸”來操作：在SCL時鐘為低電平時準備好，待SCL為高電平時發送出去。

寫完一字節（8位）之后，讀取從機的應答位：

若為0，表示從機應答，可以繼續下一步操作；

若為1，表示從機非應答，不能進行下一步操作。

注意：

I2C寫一字節不是EEPROM寫一字節（需要區分開來）。

“簡潔版”沒有對應答信號做出檢測判斷，需要檢測應答信號，可參考“綜合版”

寫一字節時序（前面8位數據 + 最后1為應答）：

源代碼程序：

I2C寫數據（網上常見幾種不規范寫法- 或許整個I2C驅動能通信成功，但各個函數之間依賴關系很強，不便理解，也不是標準的函數）：

1.首先將SCL置高：

void I2C_WriteByte(uint8_t Data)

{

uint8_t cnt;

for(cnt=0; cnt<8; cnt++)

{

I2C_SCL_HIGH;

if(Data & 0x80)

I2C_SDA_HIGH;

else

I2C_SDA_LOW;

Data <<= 1;

I2C_SCL_LOW;

}

I2C_GetAck();

}

這種程序的寫法有一個致命的地方（有可能停止，或重新開始I2C通信）：

首先將SCL置高：

A.若之前SDA是低電平，第一位寫入高電平,將停止I2C通信。

B.若之前SDA是高電平，第一位寫入低電平,將重新開始I2C通信。

2.寫完8位數據之后，未將SCL置低（也就是SCL保持高電平狀態）：

由于寫完8位數據之后，將要讀取應答信號，也就是要SDA將從輸出狀態變為輸入狀態。

這個時候SCL為高，如果SDA最后一位是低且SDA是開漏模式，需要將SDA釋放，也就是要將SDA置位高，那么，這個時候就進行了一個停止操作。

3.時序混亂：

void I2C_WriteByte(uint8_t Data)

{

uint8_t cnt;

I2C_SCL_HIGH;

for(cnt=0; cnt<8; cnt++)

{

if(Data & 0x80)

I2C_SDA_HIGH;

else

I2C_SDA_LOW;

Data <<= 1;

I2C_SCL_LOW;

I2C_SCL_HIGH;

}

I2C_GetAck();

}

多種問題的例子，有可能產生以下問題：

A.有可能多寫1位數據；

B.有可能停止I2C通信；

C.有可能重新開始I2C通信。

5.I2C讀一字節

I2C的讀一字節函數，其實和“寫一字節”類似，只是數據傳輸方向相反，應答的方向也是相反。

讀完一字節（8位）之后，由主機產生應答（或非應答）位：

若產生應答，表示可以繼續讀下一字節操作（從設備地址指向下一字節）；

若產生非應答，表示不可以繼續讀下一字節操作；

網上I2C讀數據程序和“寫數據”類似，存在很多不標準的版本，參考時請注意。

讀一字節時序（主機讀取前面8位數據 + 主機產生1為非應答<連續讀，主機產生應答位>）：

讀字節源代碼程序：

Ⅳ、EEPROM讀寫

EEPROM的種類比較多，大多數都遵循I2C協議通信，我們這里就以典型的AT24Cxx為例來講述通過I2C通信讀寫AT24Cxx芯片。

EEPROM讀（或寫）一字節數據需要I2C多次通信過程，下面將講述幾個重要的內容：

1.設備（從機、器件）地址

I2C的開始信號之后的第一步就是發送設備物理地址，AT24Cxx的物理地址的格式如上面：

前面四位固定為：1010

第567位對應A2 A1 A0（有些器件未使用）

第8位是讀/寫位。

一個設備一般是接地，這就是為什么我們看到A0這個宏定義的來由。

2.數據地址長度

有些芯片數據地址只有8位（如：AT24C01、AT24C02），那么它只發送一字節地址即可；

有些芯片有16位地址，它需要發送兩字節地址（看下面讀寫函數）。

3.EEPROM寫一字節數據

EEPROM寫數據一般包含下面五步驟（見下面源代碼）。這里的寫數據，相當于手冊中是隨機寫（任意地址，寫一字節數據）。

（未檢測應答，需要可以看我提供的另一個源代碼程序）

注意兩個地方：1.設備地址更加需要看你看引腳的情況；

2.數據地址長度根據芯片不同而不同。

4.EEPROM讀一字節數據

EEPROM讀數據和寫數據相比，要多兩個步驟（見下面源代碼）。由于要先確定讀的地址，所以要先發送地址，使其EEPROM指向對應的地址。（當然，如果當前地址就是需要讀取的地址，也可以省略前面發送地址的步驟）。

（在手冊中有這么一個步驟“Dummy Write”，有些人把它翻譯為“偽操作”，可能很多人不明白它的意思，其實就是確定地址，先要發送地址的意思）

具體請看源代碼：（未檢測應答，需要可以看我提供的另一個源代碼程序）

跟多關于EEPROM的操作（如：頁寫、多字節讀寫等），相對來說復雜一點，當你理解單字節讀寫操作之后，再去理解就容易的多了。具體內容可以下載我提供的實例參考學習。