第十四章：CH32V103应用教程——硬件I2C读写EEPROM
本帖最后由 草帽王子 于 2021-9-10 16:57 编辑本章教程将使用CH32V103的硬件I2C读写EEPROM24C02，并通过串口调试助手将读写结果打印显示。
1、I2C简介及相关函数介绍
内部集成电路总线（I2C）广泛用在微控制器和传感器及其他片外模块的通讯上，它本身支持多主多从模式，仅仅使用两根线（SDA和SCL）就能以100KHz（标准）和400KHz（快速）两种速度通讯。I2C总线还兼容SMBus协议，不仅支持I2C的时序，还支持仲裁、定时和DMA，拥有CRC校验功能。
单片机I2C分为硬件I2C和模拟I2C。硬件I2C在进行程序编写时只需调用函数即可，且硬件I2C速度快、效率高、软件占用资源少，但其需使用固定GPIO脚，缺少灵活性，且某些单片机I2C并不稳定；模拟I2C通过软件程序控制管脚状态模拟I2C通信波形，使用灵活，且相对稳定，但其程序配置繁琐，代码量大，占用软件资源多。
关于I2C具体信息，可参考CH32V103应用手册。I2C标准库函数具体内容如下：
void I2C_DeInit(I2C_TypeDef* I2Cx);
void I2C_Init(I2C_TypeDef* I2Cx, I2C_InitTypeDef* I2C_InitStruct);
void I2C_StructInit(I2C_InitTypeDef* I2C_InitStruct);
void I2C_Cmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void I2C_DMACmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void I2C_DMALastTransferCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void I2C_GenerateSTART(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void I2C_GenerateSTOP(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void I2C_AcknowledgeConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void I2C_OwnAddress2Config(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address);
void I2C_DualAddressCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void I2C_GeneralCallCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void I2C_ITConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_IT, FunctionalState NewState);
void I2C_SendData(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Data);
uint8_t I2C_ReceiveData(I2C_TypeDef* I2Cx);
void I2C_Send7bitAddress(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address, uint8_t I2C_Direction);
uint16_t I2C_ReadRegister(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t I2C_Register);
void I2C_SoftwareResetCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void I2C_NACKPositionConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_NACKPosition);
void I2C_SMBusAlertConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_SMBusAlert);
void I2C_TransmitPEC(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void I2C_PECPositionConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_PECPosition);
void I2C_CalculatePEC(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
uint8_t I2C_GetPEC(I2C_TypeDef* I2Cx);
void I2C_ARPCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void I2C_StretchClockCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState);
void I2C_FastModeDutyCycleConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_DutyCycle);
1.1、void I2C_DeInit(I2C_TypeDef* I2Cx)
功能：将I2Cx外围寄存器初始化为其默认重置值。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。
1.2、void I2C_Init(I2C_TypeDef* I2Cx, I2C_InitTypeDef* I2C_InitStruct)
功能：根据I2C_InitStruct中指定的参数初始化I2Cx外围设备。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。I2C_InitStruct：指向包含指定I2C外围设备配置信息的I2C_InitTypeDef结构的指针。
1.3、void I2C_StructInit(I2C_InitTypeDef* I2C_InitStruct)
功能：用默认值填充每个I2C_InitStruct成员。
输入：I2C_InitStruct：指向将被初始化的I2C_InitTypeDef结构的指针。
1.4、void I2C_Cmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用指定的I2C外围设备。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.5、void I2C_DMACmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用指定的I2C DMA请求。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.6、void I2C_DMALastTransferCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：指定下一次DMA传输是否是最后一次。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.7、void I2C_GenerateSTART(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：生成I2Cx通信启动条件。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.8、void I2C_GenerateSTOP(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：生成I2Cx通信停止条件。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.9、void I2C_AcknowledgeConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用指定的I2C确认功能。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.10、void I2C_OwnAddress2Config(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address)
功能：配置指定的I2C自身地址2。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。地址：指定7bit I2C自身地址2。
1.11、void I2C_DualAddressCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用指定的I2C双寻址模式。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.12、void I2C_GeneralCallCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用指定的I2C常规调用功能。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.13、void I2C_ITConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_IT, FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用指定的I2C中断。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。I2C_-IT：指定要启用或禁用的I2C中断源。NewState:启用或禁用。
1.14、void I2C_SendData(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Data)
功能：通过I2Cx外围设备发送数据字节。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。数据：要传输的字节。
1.15、uint8_t I2C_ReceiveData(I2C_TypeDef* I2Cx)
功能：返回I2Cx外围设备最近接收到的数据。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。
1.16、void I2C_Send7bitAddress(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address, uint8_t I2C_Direction)
功能：发送地址字节以选择从设备。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。Address：指定将要传输的从属地址。I2C_Direction：指定I2C设备是发射机还是接收机。
1.17、uint16_t I2C_ReadRegister(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t I2C_Register)
功能：读取指定的I2C寄存器并返回其值。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。I2C_Register：指定要读取的寄存器。
1.18、void I2C_SoftwareResetCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用指定的I2C软件重置。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.19、void I2C_NACKPositionConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_NACKPosition)
功能：在主接收器模式下选择指定的I2C NACK位置。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。I2C_NACKPosition：指定NACK位置。
1.20、void I2C_SMBusAlertConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_SMBusAlert)
功能：驱动指定I2C的SMBusAlert引脚高或低。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。I2C_SMBusAlert：指定SMBAlert pin级别。
1.21、void I2C_TransmitPEC(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用指定的I2C PEC传输。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.22、void I2C_PECPositionConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_PECPosition)
功能：选择指定的I2C PEC位置。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。I2C_PECPosition:I2C配置位置：指定PEC位置。
1.23、void I2C_CalculatePEC(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用传输字节的PEC值计算。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.24、uint8_t I2C_GetPEC(I2C_TypeDef* I2Cx)
功能：返回指定I2C的PEC值。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。
1.25、void I2C_ARPCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用指定的I2C ARP。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.26、void I2C_StretchClockCmd(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
功能：启用或禁用指定的I2C时钟拉伸。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。NewState:启用或禁用。
1.27、void I2C_FastModeDutyCycleConfig(I2C_TypeDef* I2Cx, uint16_t I2C_DutyCycle)
功能：选择指定的I2C快速模式占空比。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。I2C_DutyCycle：指定快速模式占空比。
1.28、ErrorStatus I2C_CheckEvent(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_EVENT)
功能：检查最后一个I2Cx事件是否等于作为参数传递的事件。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。I2C_EVENT：指定要检查的事件。
1.29、uint32_t I2C_GetLastEvent(I2C_TypeDef* I2Cx)
功能：返回最后一个I2Cx事件。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。
1.30、FlagStatus I2C_GetFlagStatus(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_FLAG)
功能：检查最后一个I2Cx事件是否等于作为参数传递的事件。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。I2C_FLAG：指定要检查的标志。
1.31、void I2C_ClearFlag(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_FLAG)
功能：清除I2Cx的挂起标志。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。I2C_FLAG：指定要清除的标志。
1.32、ITStatus I2C_GetITStatus(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_IT)
功能：检查指定的I2C中断是否发生。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。I2C_IT：指定要检查的中断源。
1.33、void I2C_ClearITPendingBit(I2C_TypeDef* I2Cx, uint32_t I2C_IT)
功能：清除I2Cx中断挂起位。
输入：I2Cx：其中x可以是1或2，以选择I2C外围设备。I2C_-IT：指定要清除的中断挂起位。
以上函数使用时直接在程序中进行调用即可。
2、硬件设计
本章教程使用硬件I2C读写24C02，由原理图可知，24C02的IIC_SCL引脚和IIC_SDA引脚通过J5引出来。由CH32V103数据手册可知，CH32V103的PB6和PB7引脚分别对应I2C1_SCL和I2C1_SDA，PB10和PB11引脚对应I2C2_SCL和I2C2_SDA，本章教程使用I2C2，连接方式如下：
[*]PB10连接J5的SCL引脚
[*]PB11连接J5的SDA引脚
3、软件设计
硬件I2C读写24C02相较于模拟I2C读写24C02在程序代码量上少了很多，具体程序如下：
iic.h文件
#ifndef __IIC_H
#define __IIC_H
#include "ch32v10x_conf.h"
/* EERPOM DATA ADDRESS Length Definition */
#define Address_8bit0
#define Address_16bit1
/* EERPOM DATA ADDRESS Length Selection */
#define Address_Lenth Address_8bit
//#define Address_Lenth Address_16bit
void IIC_Init( u32 bound, u16 address );
void AT24CXX_Init(void);
u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr);
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite);
void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead);
void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite);
#endifiic.h文件主要是相关定义及函数声明；
iic.c文件
#include "iic.h"
/*******************************************************************************
* Function Name: IIC_Init
* Description : Initializes the IIC peripheral.
* Input : None
* Return : None
*******************************************************************************/
void IIC_Init( u32 bound, u16 address )
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
I2C_InitTypeDef I2C_InitTSturcture;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE ); //使能GPIOB时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_I2C2, ENABLE );//使能I2C2时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD; //开漏复用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD; //开漏复用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOB, &GPIO_InitStructure );
I2C_InitTSturcture.I2C_ClockSpeed = bound; //设置时钟频率
I2C_InitTSturcture.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C; //设置I2C模式
I2C_InitTSturcture.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2; //设置I2C快速模式占空比。
I2C_InitTSturcture.I2C_OwnAddress1 = address; //设置第一个设备自己的地址
I2C_InitTSturcture.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable; //使能应答
I2C_InitTSturcture.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit; //设置为7位应答
I2C_Init( I2C2, &I2C_InitTSturcture ); //I2C初始化
I2C_Cmd( I2C2, ENABLE ); //使能I2C2
I2C_AcknowledgeConfig( I2C2, ENABLE ); //使能I2C2应答功能
}
/*******************************************************************************
* Function Name: AT24CXX_Init
* Description : Initializes AT24xx EEPROM.
* Input : None
* Return : None
********************************************************************************/
void AT24CXX_Init(void)
{
IIC_Init( 100000, 0xA0);
}
/*******************************************************************************
* Function Name: AT24CXX_ReadOneByte
* Description : Read one data from EEPROM.
* Input : ReadAddr: Read frist address.
* Return : temp: Read data.
********************************************************************************/
u8 AT24CXX_ReadOneByte(u16 ReadAddr)
{
u8 temp=0;
while( I2C_GetFlagStatus( I2C2, I2C_FLAG_BUSY ) != RESET ); //等待总线空闲
I2C_GenerateSTART( I2C2, ENABLE ); //开始信号
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT ) ); //检测EV5事件并清除标志
I2C_Send7bitAddress( I2C2, 0XA0, I2C_Direction_Transmitter ); //发送设备地址+写信号
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED ) ); //检测EV6事件并清除标志
#if (Address_Lenth== Address_8bit)
I2C_SendData( I2C2, (u8)(ReadAddr&0x00FF) ); //发送数据地址
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED ) ); //检测EV8事件并清除标志
#elif (Address_Lenth== Address_16bit)
I2C_SendData( I2C2, (u8)(ReadAddr>>8) );
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED ) );
I2C_SendData( I2C2, (u8)(ReadAddr&0x00FF) );
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED ) );
#endif
I2C_GenerateSTART( I2C2, ENABLE );
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT ) );
I2C_Send7bitAddress( I2C2, 0XA0, I2C_Direction_Receiver );
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED ) ); //检测EV6事件并清除标志
while( I2C_GetFlagStatus( I2C2, I2C_FLAG_RXNE ) ==RESET )
I2C_AcknowledgeConfig( I2C2, DISABLE ); //发送非应答信号
temp = I2C_ReceiveData( I2C2 ); //接收数据
I2C_GenerateSTOP( I2C2, ENABLE ); //停止信号
return temp;
}
/*******************************************************************************
* Function Name: AT24CXX_WriteOneByte
* Description : Write one data to EEPROM.
* Input : WriteAddr: Write frist address.
* Return : DataToWrite: Write data.
********************************************************************************/
void AT24CXX_WriteOneByte(u16 WriteAddr,u8 DataToWrite)
{
while( I2C_GetFlagStatus( I2C2, I2C_FLAG_BUSY ) != RESET );
I2C_GenerateSTART( I2C2, ENABLE );
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT ) );
I2C_Send7bitAddress( I2C2, 0XA0, I2C_Direction_Transmitter );
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED ) );
#if (Address_Lenth== Address_8bit)
I2C_SendData( I2C2, (u8)(WriteAddr&0x00FF) );
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED ) );
#elif (Address_Lenth== Address_16bit)
I2C_SendData( I2C2, (u8)(WriteAddr>>8) );
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED ) );
I2C_SendData( I2C2, (u8)(WriteAddr&0x00FF) );
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED ) );
#endif
if( I2C_GetFlagStatus( I2C2, I2C_FLAG_TXE ) !=RESET )
{
I2C_SendData( I2C2, DataToWrite );
}
while( !I2C_CheckEvent( I2C2, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED ) );
I2C_GenerateSTOP( I2C2, ENABLE );
}
/*******************************************************************************
* Function Name: AT24CXX_Read
* Description : Read multiple data from EEPROM.
* Input : ReadAddr: Read frist address. (AT24c02: 0~255)
* pBuffer: Read data.
* NumToRead: Data number.
* Return : None
********************************************************************************/
void AT24CXX_Read(u16 ReadAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToRead)
{
while(NumToRead)
{
*pBuffer++=AT24CXX_ReadOneByte(ReadAddr++);
NumToRead--;
}
}
/*******************************************************************************
* Function Name: AT24CXX_Write
* Description : Write multiple data to EEPROM.
* Input : WriteAddr: Write frist address. (AT24c02: 0~255)
* pBuffer: Write data.
* NumToWrite: Data number.
* Return : None
********************************************************************************/
void AT24CXX_Write(u16 WriteAddr,u8 *pBuffer,u16 NumToWrite)
{
while(NumToWrite--)
{
AT24CXX_WriteOneByte(WriteAddr,*pBuffer);
WriteAddr++;
pBuffer++;
Delay_Ms(2);
}
}iic.c文件主要是iic初始化配置及硬件iic读写配置函数。
main.c函数
/*******************************************************************************
* Function Name: main
* Description : Main program.
* Input : None
* Return : None
*******************************************************************************/
int main(void)
{
u8 data;
Delay_Init();
USART_Printf_Init(115200);
printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
AT24CXX_Init();
printf("Start Write 24Cxx....\r\n");
AT24CXX_Write(100,(u8*)TEXT_Buffer,SIZE);//写入数据
printf("24Cxx Write Sucess!\r\n");
Delay_Ms(500);
printf("Start Read 24Cxx....\r\n");
AT24CXX_Read(100,data,SIZE); //读取数据
printf("The Data Readed Is: \r\n");
printf("%s\r\n", data); //打印输出数据
while(1);
}main.c文件主要进行相关函数初始化以及flash数据的写入和读取。
4、下载验证
将编译好的程序下载到开发板并复位，串口打印情况具体如下：
硬件IIC.rar附件下载
链接：https://pan.baidu.com/s/1Of8nGN4x2uDGtYYzZHvmVg
提取码：vgkr
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完
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