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STM32CubeMX-硬件IIC读取AT24C02（阻塞、中断、DMA三种方式）

jiek 2021-05-25 12:37 原文

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STM32CubeMX-硬件IIC读取AT24C02（阻塞、中断、DMA三种方式）

教程包含通用步骤以及专用步骤，其中，通用步骤为STM32CubeMX配置其他外设工程的通用操作，STM32CubeMX系列笔记基本通用，专用操作则是针对当前工程进行的配置

一、初始准备

在这里插入图片描述

1.硬件平台

使用正点原子STM32F4探索者

2.软件平台

STM32CubeMX软件平台 V6.2.1

Keil5软件平台 V5.32

STM32CubeProgrammer下载平台

20210207234636

二、操作步骤

1.CubeMX生成初始化代码

1.1 建立工程（通用步骤）

  • 芯片选择

打开cube软件，选择从芯片来创建工程，一般开发都是使用这个来开发，有的时候也可能使用另外两个，但不多，第二个基于ST提供的开发板创建工程，针对性高，第三个则选择ST提供的例程来创建工程

20210519191302

F4探索者的主控为STM32F407ZET6，所以在搜索框找到STM32F407ZE后点击具体芯片，再开始工程

20210208000009

  • 配置时钟源

我们点开SystemCore（系统内核设置），再点击RCC配置HSE和LSE时钟源，这里我都选择使用外部时钟，配置后，我们可以看到右边芯片引脚分配图的两个时钟源引脚点亮，表示时钟配置为外部源

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  • 配置时钟树

我们进入ClockConfiguration配置时钟树，使时钟的输入路径和大小符合我们预期，探索者的晶振和时钟倍频如下

20210208003321

一般配置正确时颜色蓝白为主，配置错误时则会出现紫色，提示我们要修改值

20210208003622

具体时钟树的了解可以看我很久之前的文章，有做一些分析

CSDN文章链接-时钟树分析

1.2 IIC配置步骤

IIC是一种串行通信总线，一般用于短距离设备间通信，是一种同步通信方式，具体协议参考之前的博客：IIC协议讲解

补充知识：
同步是指：发送方发出数据后，等接收方发回响应以后才发下一个数据包的通讯方式。
异步是指：发送方发出数据后，不等接收方发回响应，接着发送下个数据包的通讯方式。
同步是阻塞模式，异步是非阻塞模式。
其中SPI、IIC为同步通信 UART为异步通信

关于ST硬件IIC的坊间小传言：

大家在学习正点原子F1的时候原子哥说过，ST的F1的IIC设计的有BUG，容易出现通信问题，所以不推荐使用，但许多人说用起来没感觉，数据传输很正常，没什么问题，我查询了相关文档，发现这个不是空穴来风，ST公司出过STM32F1的勘误手册，上面有提到STM32F10X的IIC在通信时会发生一些错误，CSDN上也有关于遇到过硬件IIC BUG的文章：STM32硬件IIC的BUG问题；
不过这个也是有一定的概率，大多数情况下应该不会出问题，而且我使用的是F4，我也看了STM32F4的勘误表，相对于STM32F1的IIC，IIC外设的BUG少了很多，基本可以稳定运行！！！勘误表IIC部分截图如下，具体两个文档我整理发布到CSDN了：0积分下载链接；（这里的文档在ST官网也可以下载，需要可以自行去下载！）

  • STM32F10X勘误表

20210524180215

  • STM32F40X勘误表

20210524180809
话不多说，下面我们进入配置

1.2.1 引脚选择

查看正点原子探索者F4原理图

AT24C02原理图如下：

20210524165255

对应芯片的连接引脚如下，IO口可以复用为硬件IIC1，来和AT24C02进行通信！

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1.2.2 开启IIC

点击Connectivity后选择I2C1，使能I2C模式

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1.2.3 设置IIC

配置界面选项如下：

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对应功能：

  • I2C Speed Mode： IIC模式设置 快速模式和标准模式。标准模式-速率上限为 100kb/s；快速模式-速率上限为 400kb/s，我们使用标准模式，快速模式对硬件设计要求很高

  • I2C Clock Speed：I2C传输速率，默认为100KHz，我们使用默认

  • Clock No Stretch Mode： 时钟没有扩展模式（时钟拉伸clock stretching通过将SCL线拉低来暂停一个传输.直到释放SCL线为高电平,传输才继续进行.clock stretching是可选的,实际上大多数从设备不包括SCL驱动,所以它们不能stretch时钟）

  • Primary Address Length selection： 从设备地址长度 一般为7位，通讯时7位地址+1位读写做开头；

  • Dual Address Acknowledged： 双地址确认，当主地址是7位长度时，我们可以有一个双地址

  • Primary slave address：  从设备初始地址（地址值从0到127，且生成的地址值左移1位）

  • General call address detecion：一般呼叫地址检测，关闭不需要

对应功能的具体配置按照上图来选择，设置完成可以看到对应IO口变绿

20210524202129

但此时IO口，并不是我们需要的IO口，原理图上IO口引脚对应的为PB8、PB9，所以我们需要改变一下复用IO口，直接在芯片引脚上选择就可以了；

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补充配置1： 到这里硬件IIC已经可以使用阻塞延迟发送了，如果需要开启中断方式发送，这要在开启一下中断，配置如下

20210525115104

同时配置中断优先级

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补充配置2： 如果在需要开启DMA的话，需要在加上如下步骤，这样代码里面就可以使用DMA发送接收了

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以上就是IIC在STM32Cube的配置步骤

1.3 串口配置

配置串口用于与上位机通讯，方便检测IIC读写AT24C02有没有成功，具体配置和使用教程可以看我之前的文章：STM32CubeMX-串口中断实验

1.4 生成代码（通用步骤）

点击进入Project Manager 配置生成工程的名字，存储路径 （不要有中文） 以及编译器，这里我们选MDK-ARM（Keil被收购后改名）

20210519193401

配置生成选项，主要为下面三大块，第一个我们选择只拷贝必要的库，第二个选择为每个外设生成.c和.h文件，保存之前的用户代码，以及删除之前的生成代码，第三个不选择

PS：用户代码段是一下注释之间的代码，只有原始的用户代码段注释才有效，用户自己添加的无效

/* USER CODE BEGIN 1 */

/* USER CODE END 1 */

20210519193757

最后点击生成代码

20210208004314

2.编写代码

首先介绍一下IIC的驱动代码

IIC主要函数和串口等通讯协议主要函数基本相同，一个是发送，一个是接受，在HAL库中，发送和读取主要有三个方式，第一种读写是超时读写，第二种是中断读写，第三个是DMA中断读写，其中第一种阻塞方式发送，CPU资源占有较大，后面两种与中断结合发送接收，CPU资源使用较少，常用函数接口代码介绍如下：

//阻塞IIC发送、接受代码原型
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
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);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_IsDeviceReady(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint32_t Trials, uint32_t Timeout);

HAL_I2C_Master_Transmit（）主模式下以阻塞模式传输大量数据。

  • 传入参数：hi2c—使用的IIC设备
  • DevAddress—从机地址
  • pData—写入数据的地址
  • Size—写入数据长度
  • Timeout—传输时间上限

HAL_I2C_Master_Receive（）主模式下以阻塞模式接受大量数据。

  • 传入参数：hi2c—使用的IIC设备
  • DevAddress—从机地址
  • pData—读入数据存储首地址
  • Size—读取数据长度
  • Timeout—读取时间上限

HAL_I2C_Mem_Write（）将阻塞模式下的大量数据写入从机特定的内存地址

  • 传入参数：hi2c—使用的IIC设备

  • DevAddress—从机地址

  • MemAddress—写入内存首地址（写入过程中会自加）

  • MemAddSize—写入内存的大小（8位或16位）

  • pData—指向数据缓冲区的指针

  • Size—要发送的数据量

  • Timeout—超时持续时间

HAL_I2C_Mem_Read（）将阻塞模式下的大量数据写入从机特定的内存地址

  • 传入参数：hi2c—使用的IIC设备

  • DevAddress—从机地址

  • MemAddress—读取内存首地址（读取过程中会自加）

  • MemAddSize—读取内存的大小（8位或16位）

  • pData—指向数据缓冲区的指针

  • Size—要发送的数据量

  • Timeout—超时持续时间

HAL_I2C_IsDeviceReady（）检查目标设备是否准备好通信

  • 传入参数：hi2c—使用的IIC设备
  • DevAddress—从机地址
  • Trials—测试次数
  • Timeout—超时持续时间
//非阻塞普通中断IIC发送、接受代码原型
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size);

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read_IT(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size);

传入参数与上面相同，只是少了一个超时时间

//非阻塞DMA中断IIC发送、接受代码原型
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size);

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Write_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size);
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size);

了解以上IIC的调用接口后，我们来测试AT24C02代码，首先打开工程：

在main.c头部插入以下代码

/* USER CODE BEGIN PV */
//读写地址
#define AT24C02_Write 0xA0
#define AT24C02_Read  0xA1
//三次写入的字符串
unsigned char str1[]={"jeck666"};
unsigned char str2[]={"1234567"};
unsigned char str3[]={"abcdefg"};
//读取缓存区
uint8_t ReadBuffer[50];
/* USER CODE END PV */

main初始化后代码段插入以下，代码功能：以三种不同的功能，对24C02进行不同数据读写；

  /* USER CODE BEGIN 2 */
	HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,"Init Ok!\r\n",sizeof("Init Ok!\r\n"));
	HAL_Delay(100);
	//阻塞方式写入读取
	if(HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,AT24C02_Write,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,str1,sizeof(str1),1000)==HAL_OK)
		HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,"STR1_Write_OK\r\n",sizeof("STR1_Write_OK\r\n"));
	HAL_Delay(1000);
	HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1,AT24C02_Read,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,ReadBuffer,sizeof(str1),1000);
	HAL_Delay(1000);
	HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,ReadBuffer,sizeof(str1));
	HAL_Delay(1000);
	//中断方式写入读取
	if(HAL_I2C_Mem_Write_IT(&hi2c1,AT24C02_Write,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,str2,sizeof(str2))==HAL_OK)
		HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,"STR2_Write_OK\r\n",sizeof("STR2_Write_OK\r\n"));
	HAL_Delay(1000);
	HAL_I2C_Mem_Read_IT(&hi2c1,AT24C02_Read,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,ReadBuffer,sizeof(str2));
	HAL_Delay(1000);
	HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,ReadBuffer,sizeof(str2));
	HAL_Delay(1000);
	//DMA中断方式写入读取
	if(HAL_I2C_Mem_Write_DMA(&hi2c1,AT24C02_Write,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,str3,sizeof(str3))==HAL_OK)
		HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,"STR3_Write_OK\r\n",sizeof("STR3_Write_OK\r\n"));
	HAL_Delay(1000);
	HAL_I2C_Mem_Read_DMA(&hi2c1,AT24C02_Read,0,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,ReadBuffer,sizeof(str3));
	HAL_Delay(1000);
	HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,ReadBuffer,sizeof(str3));
	HAL_Delay(1000);
  /* USER CODE END 2 */

3.程序下载，观察现象（通用步骤）

程序下载我一般用两种方式：

第一种是使用MDK自带的下载环境下载程序，我们给单片机连接ST-Link后配置下载，点击魔术棒，选择debug

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选择ST-link后，点击setting

20210208181619

添加对应F4的Flash

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keil界面点击下载

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第二种是使用Stm32Programmer下载软件，该下载软件下载方式多，下载快，下面我使用st-link下载

打开软件，点击connect左边选择stlink后再点击connect连接下载器

20210208182703

点击open file，找到工程路径下MDK文件夹下工程生成的hex文件

20210208182650

之后点击downlod下载，下载结果如下

20210208182721

3.实验现象

通过串口助手进行调试，上电复位后显示三次读写的值，但此处DMA方式存在一个BUG，写入的第一个字节为0，具体原因还在研究中，可能是AT24C02写入间隔时间过短，至少要求间隔5ms，不过由于是测试实验，基本满足使用要求

IIC

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