CW32 I2C接口读写EEPROM芯片

只看该作者 · 2023-4-12 15:41

一、概述

CW32L083 内部集成 2 个 I2C 控制器，能按照设定的传输速率（标准，快速，高速）将需要发送的数据按照 I2C 规范串行发送到 I2C 总线上，或从总线上接收数据，并对通信过程中的状态进行检测，另外还支持多主机通信中的总线冲突和仲裁处理。

二、主要功能

• 支持主机发送 / 接收，从机发送 / 接收四种工作模式

• 支持时钟延展 ( 时钟同步 ) 和多主机通信冲突仲裁

• 支持标准 (100Kbps)/ 快速 (400Kbps)/ 高速 (1Mbps) 三种工作速率

• 支持 7bit 寻址功能

• 支持 3个从机地址

• 支持广播地址

• 支持输入信号噪声过滤功能

• 支持中断状态查询功能

1. 协议介绍

I2C 总线使用两根信号线（数据线 SDA 和时钟线 SCL）在设备间传输数据。SCL 为单向时钟线，固定由主机驱动。 SDA 为双向数据线，在数据传输过程中由收发两端分时驱动。 I2C 总线上可以连接多个设备，所有设备在没有进行数据传输时都处于空闲状态（未寻址从机接收模式），任一设备都可以作为主机发送 START 起始信号来开始数据传输，在 STOP 停止信号出现在总线上之前，总线一直处于被占用状态。 I2C 通信采用主从结构，并由主机发起和结束通信。主机通过发送 START 起始信号来发起通信，之后发送 SLA+W/R 共 8bit 数据（其中，SLA 为 7bit 从机地址，W/R 为读写位），并在第 9个SCL 时钟释放 SDA 总线，对应的从机在第 9个SCL 时钟占用 SDA 总线并输出 ACK 应答信号，完成从机寻址。此后根据主机发送的第 1 字节的 W/R 位来决定数据通信的发端和收端，发端每发送 1个字节数据，收端必须回应 1个ACK 应答信号。数据传输完成后，主机发送 STOP 信号结束本次通信。

2. 功能框图

I2C 模块主要包括时钟发生器、输入滤波器、地址比较器、协议控制逻辑、仲裁和同步逻辑、以及相关寄存器等。

CW32L083 支持用户灵活选择 GPIO 作为 I2C 通信引脚，如下表所示：

3. I2C中断

I2C 控制寄存器 I2Cx_CR 的 SI 位域为中断标志位。当 I2C 状态寄存器 I2Cx_STAT 的 STAT 位域值发生改变（变成 0xF8 除外）时，I2Cx_CR.SI 标志位就会被置位，同时产生中断请求。在用户 I2C 中断服务程序中，应查询 I2C 状态寄存器 I2Cx_STAT 的 STAT 位域值获取 I2C 总线的状态，以确定中断产生原因。设置 I2Cx_CR.SI 为 0 清除该标志位。

4. 工作模式

I2C 控制器支持 4 种工作模式：主机发送模式、主机接收模式、从机发送模式、从机接收模式。另外还支持广播接收模式，其工作方式和从机接收模式类似。

三、 EEPROM(CW24C02AD)

1. 功能简介

24C02是一个2Kbit的串行EEPROM存储芯片，可存储256个字节数据。芯片内部分为32页，每页8字节。工作电压范围为1.7V到5.5V，I2C接口时钟频率为 1MHz (5V，3V)，400 KHz (1.7V)。器件地址为1010 A2 A1 A0，对于我们单板A2 A1 A0引脚全部接GND，故器件地址为1010000，即0x50。器件内部存储空间地址长度8 bit。

2. 读写时序

字节写操作时序：起始信号+器件地址（7bit）+读写指示(1bit)+存储空间地址(8bit)+写入数据（8bit）+停止信号，即可完成指定字节写入操作。

页写操作时序：起始信号+器件地址（7bit）+读写指示(1bit)+存储空间地址(8bit)+写入数据（8bit*8）+停止信号，即可完成指定地址（必须是页起始地址）的页写入操作。

随机读操作时序：起始信号+器件地址（7bit）+读写指示(1bit)+存储空间地址(8bit)+重复起始信号+器件地址（7bit）+读写指示(1bit)，之后器件会返回1字节数据，主机收到后发送停止信号，即可完成指定字节读取操作。

顺序读操作时序：和随机读时序类似，只是在主机接收到1字节数据后，不发送停止信号，而是继续发送时钟进行下一个字节数据的接收，直到所有所需读取的数据全部读取，之后再发送停止信号。

四、硬件连接

如下图所示，MCU和EEPROM通过I2C总线互连。

五、实例演示：MCU采用页写和顺序读操作时序完成EERPOM的访问。

1. I2C读写EEPROM芯片中断函数(I2C分为I2C1和I2C2)

void I2c1EepromReadWriteInterruptFunction(void)

{

u8State = I2C_GetState(CW_I2C1);// I2C：获取状态寄存器函数

switch(u8State)

{

case 0x08: //发送完START信号

I2C_GenerateSTART(CW_I2C1, DISABLE);// 发送START信号

I2C_Send7bitAddress(CW_I2C1, I2C_SLAVEADDRESS,0X00);// 做主时发送从机地址字节

break;

case 0x10: //发送完重复起始信号

I2C_GenerateSTART(CW_I2C1, DISABLE);

if(0 == Send**)

{

I2C_Send7bitAddress(CW_I2C1, I2C_SLAVEADDRESS,0X00); //写命令

}

else

{

I2C_Send7bitAddress(CW_I2C1, I2C_SLAVEADDRESS,0X01); //读命令,eeprom 随机读

}

break;

case 0x18: //发送完SLA+W/R字节

I2C_GenerateSTART(CW_I2C1, DISABLE);

I2C_SendData(CW_I2C1, u8Addr); //发送访问EEPROM的目标地址字节

break;

case 0x20: //发送完SLA+W后从机返回NACK

case 0x38: //主机在发送 SLA+W 阶段或者发送数据阶段丢失仲裁或者主机在发送 SLA+R 阶段或者回应 NACK 阶段丢失仲裁

case 0x30: //发送完一个数据字节后从机返回NACK

case 0x48: //发送完SLA+R后从机返回NACK

I2C_GenerateSTOP(CW_I2C1, ENABLE);

I2C_GenerateSTART(CW_I2C1, ENABLE);

break;

case 0x58: //接收到一个数据字节，且NACK已回复

u8Recdata[u8RecvLen++] = I2C_ReceiveData(CW_I2C1);//所有数据读取完成，NACK已发送

receivedflag =1;

I2C_GenerateSTOP(CW_I2C1, ENABLE);//发送停止条件

break;

case 0x28: //发送完1字节数据：发送EEPROM中memory地址也会产生，发送后面的数据也会产生

if(0 == Send**)

{

if(u8SendLen <WRITELEN)

{

I2C_SendData(CW_I2C1,u8Senddata[u8SendLen++]);

}

else

{

u8SendLen = 0;

Comm_** = 1;

Send** = 1;

I2C_GenerateSTOP(CW_I2C1, ENABLE);//发送完数据，发送停止信号

}

else//Send**=1为读，Send**=0为写。读数据发送完地址字节后，重复起始条件

{

CW_I2C1->CR_f.STA = 1; //set start //发送重复START信号,START生成函数改写后，会导致0X10状态被略过，故此处不调用函数

I2C_GenerateSTOP(CW_I2C1, DISABLE);

}

break;

case 0x40: //发送完SLA+R信号，开始接收数据

u8RecvLen = 0;

if(READLEN>1)

{

I2C_AcknowledgeConfig(CW_I2C1,ENABLE);//读取数据超过1个字节才发送ACK

}

break;

case 0x50: //接收完一字节数据，在接收最后1字节数据之前设置AA=0;

u8Recdata[u8RecvLen++] = I2C_ReceiveData(CW_I2C1);

if(u8RecvLen==READLEN-1)

{

I2C_AcknowledgeConfig(CW_I2C1,DISABLE);;

}

break;

}

I2C_ClearIrq(CW_I2C1);

}

2. 设置系统时钟

void RCC_Configuration(void)

{

CW_SYSCTRL->APBEN1_f.I2C1 = 1U;

}

3. 设置GPIO口

void GPIO_Configuration(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};

CW_SYSCTRL->AHBEN_f.GPIOA = 1;

CW_SYSCTRL->AHBEN_f.GPIOB = 1;

CW_SYSCTRL->AHBEN_f.GPIOC = 1;

CW_SYSCTRL->AHBEN_f.GPIOD = 1;

CW_SYSCTRL->AHBEN_f.GPIOE = 1;

CW_SYSCTRL->AHBEN_f.GPIOF = 1;

PB10_AFx_I2C1SCL();

PB11_AFx_I2C1SDA();

GPIO_InitStructure.Pins = I2C1_SCL_GPIO_PIN | I2C1_SDA_GPIO_PIN;

GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;

GPIO_Init(I2C1_SCL_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

}

4. 配置嵌套矢量中断控制器

void NVIC_Configuration(void)

{

__disable_irq();

NVIC_EnableIRQ(I2C1_IRQn);

__enable_irq();

}

void I2C1_IRQHandler(void)

{

I2c1EepromReadWriteInterruptFunction();

}

5. 定义常量

#define I2C1_SCL_GPIO_PORT CW_GPIOB

#define I2C1_SCL_GPIO_PIN GPIO_PIN_10

#define I2C1_SDA_GPIO_PORT CW_GPIOB

#define I2C1_SDA_GPIO_PIN GPIO_PIN_11

//EEPROM内部地址

uint8_t u8Addr = 0x00; //地址字节

#define WRITELEN 8 //写数据长度

#define READLEN 8 //读数据长度

#define WriteReadCycle 35 //写读次数,每次写入数据为n+i(n为次数，i=0~7)

uint8_t u8Senddata[8] = {0x66,0x02,0x03,0x04,0x05,0x60,0x70,0x20};

uint8_t u8Senddata2[8] = {0x55,0xAA,0xAA,0x55,0x55,0xAA,0x55,0xAA};

uint8_t u8Recdata[16]= {0x00};

uint8_t u8SendLen=0;

uint8_t u8RecvLen=0;

uint8_t Send** = 0,Comm_** = 0;

uint8_t u8recv**=0;

uint8_t u8State = 0;

uint8_t receivedflag = 0; //读取完成标志

6. 主程序：利用I2C接口，采用中断方式读写EEPROM芯片（CW24C02）。

int32_t main(void)

{

I2C_InitTypeDef I2C_InitStruct = {0};

uint16_t tempcnt = 0 ;

RCC_Configuration();//时钟初始化

GPIO_Configuration();//IO口初始化

//I2C初始化

I2C_InitStruct.I2C_Baud = 0x01;//500K=(8000000/(8*(1+1)) ，波特率计数器配置

I2C_InitStruct.I2C_BaudEn = ENABLE;// 波特率计数器使能

I2C_InitStruct.I2C_FLT = DISABLE; //<FLT配置

I2C_InitStruct.I2C_AA = DISABLE; //<ACK配置

I2C1_DeInit();

I2C_Master_Init(CW_I2C1,&I2C_InitStruct);//初始化模块

NVIC_Configuration();//中断设置

//I2C模块开始工作

I2C_Cmd(CW_I2C1,ENABLE); //模块使能

tempcnt =0;

for(uint8_t i=0; i<8; i++)

{

u8Senddata = i;

}

while(1)

{

I2C_GenerateSTART(CW_I2C1, ENABLE); //开始信号

while(1)

{

while(!Comm_**) ; //等待数据发送完成

FirmwareDelay(3000);

Comm_** = 0; //启动读数据过程

receivedflag=0;

I2C_GenerateSTART(CW_I2C1, ENABLE); //开始信号

while(!receivedflag) ; //等待数据读取完成

receivedflag = 0; //初始化下一次写数据

Send** = 0;

u8RecvLen = 0;

tempcnt++;

for(uint8_t i=0; i<8; i++)

{

u8Senddata =tempcnt+i;

}

break;

}

if(tempcnt >=WriteReadCycle) //测试次数完成，退出

{

break;

}

while(1);

}

7. 程序流程

程序完成I2C主设备配置后，先将u8Senddata数组中的内容写入到EEPROM的第1页（CW24C02每页8字节）：发送START信号后，I2C模块会产生状态改变中断，在中断服务程序中根据不同状态值进行不同处理，直到完成CW24C02的页写模式所有数据字节以及STOP信号发送，发送完成后置写操作流程完成标志。主循环中判断到写操作流程完成后，启动从EERROM的第1页数据读取流程：发送启动信号后，I2C模块会产生状态改变中断，在中断服务程序中根据不同状态值进行不同处理，直到完成CW24C02的顺序读模式所有数据字节发送及读取，在发送完STOP信号后置读操作流程完成标志。主循环中判断读操作流程完成后，初始化u8Senddata数组内容，重复下一次测试过程。完成WriteReadCycle变量设置的测试次数后退出。