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细说EEPROM芯片24C02的基础知识及其驱动程序设计

news 2025/2/6 23:56:12

一、接口和通信协议

1、设备地址

2、写1字节数据

3、连续写多字节数据

4、读1字节数据

5、连续读多字节数据

二、驱动程序设计

1、24cxx.h

2、24cxx.c

文章参照使用旺宝红龙开发板，STM32F407ZGT6 KIT V1.0。

一、接口和通信协议

开发板上有一个I2C接口的EEPROM芯片AT24C02，是ATMEL公司的产品。因为其他一些厂家的芯片与AT24C02引脚和功能完全兼容，一般就统称为24C02。24C02存储容量为256字节，它的电路连接如图所示。其SDA和SCL引脚连接STM32F407芯片的I2C1接口，使用引脚PF0和PF9。WP是写保护引脚，WP接地时，对24C02芯片可读可写。

1、设备地址

24C02的I2C设备地址组成如图所示。A2、A1、A0位由芯片的引脚A2、A1、A0的电平决定，原理图中这3个引脚都接地，所以都是0。最低位R/W是读写标志位，当主设备对24C02进行写操作时，R/W为0，进行读操作时，R/W为1。所以，24C02的写操作地址为0xA0（10100000），读操作地址为0xA1（10100001）。HAL驱动程序函数中需要传递I2C从设备的地址时，都使用写操作地址。

1	0	1	0	A2	A1	A0	R/W
MSB							LSB

2、写1字节数据

24C02的读写操作比较简单，存储空间可反复读写。

MCU向24C02写入1字节数据的SDA传输内容和顺序如下图。

操作的顺序如下：

●主机发送起始信号，然后发送器件的写操作地址。
● 24C02应答ACK后，主机再发送8位字地址，这是24C02内部存储单元的地址。8位地址的范围是0～255，也就是24C02内256字节存储单元的地址。
● 24C02应答ACK后，主机再发送需要写入的1字节的数据。
●从机接收完数据后，应答ACK，主机发停止信号结束传输。

3、连续写多字节数据

24C02内部存储区域按页划分，每页8字节，所以256字节的存储单元分为32页，页的起始地址是8×N,其中，N=0,1,…,31。

可以在一次I2C通信过程(一个起始信号与一个停止信号限定的通信过程)中向24C02连续写入多个字节的数据，SDA传输内容和顺序如下图。图中的n是数据存储的起始地址，存储的数据字节数为1+x。24C02会自动将接收的数据从指定的起始地址开始存储，但是要注意，连续写入的数据的存储位置不能超过页的边界，否则，将自动从这页的开始位置继续存储。

所以，在连续写数据时，如果数据起始地址在页的起始位置，则一次最多可写8字节的数据。当然，数据存储起始地址也可以不在页的起始位置，这时要注意，一次写入的数据不要超过页的边界。

4、读1字节数据

可以从24C02的任何一个存储位置读取1字节的数据，读取1字节数据时，SDA传输的内容和顺序如下图。主设备先进行一次写操作，写入需要读取的存储单元的地址，然后再进行一次读操作，读取的1字节数据就是所指定的存储地址的存储内容。

5、连续读多字节数据

可以从24C02一次性连续读取多字节的数据，且读取数据时不受页边界的影响，也就是读取数据的长度可以超过8字节。连续读多个字节数据的SDA传输内容和顺序如下图。主设备先进行一次写操作，写入需要读取的存储单元的地址，然后再进行一次读操作，连续读取多字节，存储器内部将自动移动存储位置，且存储位置不受页边界的影响。

在使用I2C的HAL驱动函数进行24C02的数据读写时，以上各图描述的传输时序是由I2C硬件接口完成的，工程师不需要理睬这些时序。

二、驱动程序设计

使用I2C接口的HAL驱动函数，根据24C02的数据读写操作的定义，编写24C02的驱动程序，将24C02的一些常用操作封装为函数，以便其他项目调用。

24C02的驱动程序文件包括头文件24cxx.h和源程序文件24cxx.c，头文件24cxx.h是24C02驱动程序的接口定义，其完整代码如下：

1、24cxx.h


/**  文件名：24cxx.h* 	功能描述： 24C02 EEPROM驱动程序，使用HAL库** 	(1)24C02是 256字节EEPROM，可以单个字节读写，连续读写时按页读写，每页8字节。所以，按页读写时最多8字节,页号0--31** 	(2)连续写入数据时要注意不要超过页的边界，否则从页的开始处重新写，会覆盖原来的内容。** 	(3)24C02地址是 0b1010xxxy, 其中xxx由芯片的地址引脚A2,A1,A0决定，一般接地，所以是0xA0, HAL库在读写时自动在最后一位写0或1进行读或写操作** 	(4)24C02的地址数据长度是8位，使用宏定义符号I2C_MEMADD_SIZE_8BIT*/#ifndef __24cxx_H
#define __24cxx_H#include "stm32f4xx_hal.h"
#include "i2c.h" 				//i2c.h中定义了hi2c2
/* 两个与硬件相关的定义，   */
#define I2C_HANDLE hi2c2		//I2C外设对象变量，利用i2c.h中定义的hi2c2
#define	DEV_ADDR_24CXX 0x00A0	//24C02的写地址
// EEPROM存储器参数
#define	PAGE_SIZE_24CXX 0x0008	//24C02的Page大小为8字节
#define	MEM_SIZE_24CXX (uint16_t)256 //24C02总共容量字节数，8*32=256字节//检查设备是否准备好
HAL_StatusTypeDef EP24C_IsDeviceReady(void);//在任意地址写入一个字节
HAL_StatusTypeDef EP24C_WriteOneByte(uint16_t memAddress, uint8_t byteData);//在任意地址读出一个字节
HAL_StatusTypeDef EP24C_ReadOneByte(uint16_t memAddress, uint8_t *byteData);//连续读取数据，任意地址，任意长度，不受页的限制
HAL_StatusTypeDef EP24C_ReadBytes(uint16_t memAddress, uint8_t *pBuffer, uint16_t bufferLen);/*限定在一个页内写入连续数据，最多8字节。任意起始地址，*但是起始地址+数据长度不能超过页边界，即不能超过地址8*N-1 */
HAL_StatusTypeDef EP24C_WriteInOnePage(uint16_t memAddress, uint8_t *pBuffer, uint16_t bufferLen);//写任意长的数据，可以超过8字节，但数据地址必须从页首开始，即 8*N
HAL_StatusTypeDef EP24C_WriteLongData(uint16_t memAddress, uint8_t *pBuffer, uint16_t bufferLen);#endif

为便于程序的移植，在文件24cxx.h中定义一个宏I2C_HANDLE替代hi2c2。如果使用了不同的I2C接口，只需修改这个宏定义即可，而I2C接口的外设初始化由CubeMX自动生成的函数完成。在24cxx.h中还定义了表示24C02地址的宏DEV_ADDR_24CXX，如果实际电路中的24C02的I2C地址被修改了，修改这个宏即可。

在文件24cxx.h中定义了5个函数，前面4个都是直接封装I2C的HAL传输函数实现的，最后1个函数EP24C_WriteLongData()能自动将一个长的数据拆分为多个页(每页8字节)写入，这5个函数都使用I2C的阻塞式存储器数据传输函数。

2、24cxx.c


/* 文件： 24cxx.c* 描述： 24C02驱动程序源程序文件
*/#include "24cxx.h"
#define	EP24C_TIMEOUT 200						//超时等待时间，单位：ms
#define	EP24C_MEMADD_SIZE I2C_MEMADD_SIZE_8BIT  //存储器地址大小，8位地址//检查设备是否准备好I2C通讯，返回HAL_OK 表示OK
HAL_StatusTypeDef EP24C_IsDeviceReady(void)
{uint32_t Trials=10;		//尝试次数HAL_StatusTypeDef result=HAL_I2C_IsDeviceReady(&I2C_HANDLE,DEV_ADDR_24CXX,Trials,EP24C_TIMEOUT);return result;
}//向任意地址写入一个字节的数据, memAddr是存储器内部地址，byteData是需要写入的1个字节的数据
HAL_StatusTypeDef EP24C_WriteOneByte(uint16_t memAddress,uint8_t byteData)
{HAL_StatusTypeDef result=HAL_I2C_Mem_Write(&I2C_HANDLE,DEV_ADDR_24CXX,memAddress,EP24C_MEMADD_SIZE,&byteData,1,EP24C_TIMEOUT);return	result;
}//从任意地址读出一个字节的数据, memAddr是存储器内部地址，byteData是读出的1个字节的数据，若返回HAL_OK表示读取成功
HAL_StatusTypeDef EP24C_ReadOneByte(uint16_t memAddress,uint8_t *byteData)
{HAL_StatusTypeDef result=HAL_I2C_Mem_Read(&I2C_HANDLE,DEV_ADDR_24CXX,memAddress,EP24C_MEMADD_SIZE,byteData,1,EP24C_TIMEOUT);return result;
}//连续读取数据，任意地址，任意长度，不受页的限制
HAL_StatusTypeDef EP24C_ReadBytes(uint16_t memAddress,uint8_t *pBuffer,uint16_t bufferLen)
{if(bufferLen>MEM_SIZE_24CXX)	//超过总存储容量return HAL_ERROR;HAL_StatusTypeDef result=HAL_I2C_Mem_Read(&I2C_HANDLE,DEV_ADDR_24CXX,memAddress,EP24C_MEMADD_SIZE,pBuffer,bufferLen,EP24C_TIMEOUT);return result;
}//限定在一个页内写入连续数据，最多8字节。任意起始地址，但是起始地址+数据长度不能超过页边界
HAL_StatusTypeDef EP24C_WriteInOnePage(uint16_t memAddress,uint8_t *pBuffer,uint16_t bufferLen)
{if(bufferLen>PAGE_SIZE_24CXX)	//数据长度不能大于页的大小return HAL_ERROR;HAL_StatusTypeDef result=HAL_I2C_Mem_Write(&I2C_HANDLE,DEV_ADDR_24CXX,memAddress,EP24C_MEMADD_SIZE,pBuffer,bufferLen,EP24C_TIMEOUT);return result;
}//写任意长的数据，可以超过8字节，但数据地址必须从页首开始，即 8*N。自动分解为多次写入
HAL_StatusTypeDef EP24C_WriteLongData(uint16_t memAddress,uint8_t *pBuffer,uint16_t bufferLen)
{if(bufferLen>MEM_SIZE_24CXX)	//超过总存储容量return HAL_ERROR;HAL_StatusTypeDef result=HAL_ERROR;if(bufferLen<=PAGE_SIZE_24CXX)	//不超过1个page,直接写入后退出{result=HAL_I2C_Mem_Write(&I2C_HANDLE,DEV_ADDR_24CXX,memAddress,EP24C_MEMADD_SIZE,pBuffer,bufferLen,EP24C_TIMEOUT);return result;}uint8_t *pt=pBuffer;			//临时指针，不能改变传入的指针uint16_t pageCount=bufferLen/PAGE_SIZE_24CXX;	//Page个数for(uint16_t i=0; i<pageCount; i++)	//一次写入一个page的数据{result=HAL_I2C_Mem_Write(&I2C_HANDLE,DEV_ADDR_24CXX,memAddress,EP24C_MEMADD_SIZE,pt,PAGE_SIZE_24CXX,EP24C_TIMEOUT);pt += PAGE_SIZE_24CXX;memAddress += PAGE_SIZE_24CXX;HAL_Delay(5);					//必须有延时,以等待页写完if (result != HAL_OK)return result;}uint16_t leftBytes=bufferLen % PAGE_SIZE_24CXX;  //余数if (leftBytes>0)					//写入剩余的数据result=HAL_I2C_Mem_Write(&I2C_HANDLE,DEV_ADDR_24CXX,memAddress,EP24C_MEMADD_SIZE,pt,leftBytes,EP24C_TIMEOUT);return result;
}

24C02是I2C接口的存储器，使用I2C的HAL驱动程序中的存储器数据传输函数进行数据读写更方便。这几个函数就是封装了函数HAL_I2C_Mem_Write()和HAL_I2C_Mem_Read()，只是函数的接口定义更简化，便于用户程序调用。