前言

一、内部结构

1、内部框图

2、I2C通信协议

二、I2C模块分析

1、原理图

2、元件介绍

1、24C02（eeprom）

2、MCP4017（可编程电阻)

3、硬件I2C发送与接收

三、代码示例

1、cubemx配置

2、上代码

1、24C02的相关代码

2、MCP4017的相关代码

四、问题

1、PB6和PB7引脚设置

总结

前言

注：本系列基于2023年蓝桥杯实战情况就行编写，所有软件均采用2023年赛点资源包

目前已知stm32 硬件I2C在hal库下存在bug，在I2C通讯过程中，如果进入中断（任意）会导致卡死。近期没有精力去测试各个版本（资料包提供的是1.3的库，但是我的cubemx强制更新1.4，再加上keil g4包版本可能也不一样）。

因此本文基于软件I2C编写（主要是官方给了库文件），等我更新完最近的两个系列文章后，我会去试试硬件I2C，到时会更新在下文或者另出一篇。

一、内部结构

1、内部框图

2、I2C通信协议

I2C总线是一种双向二线制同步串行总线。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。

器件又可以分为主设备和从设备，相当于主人和仆人的关系。在每次通讯时，必须由主设备发送起始信号，每接收一个字节的数据都需要回复一个ack应答信号，在结束后发送结束信号。参看下图。

在同一总线上的每一个从设备必须拥有一个独立的地址，这个地址为8位，因此理论最大连接设备数是256个。采用I2C通讯的设备必须使用开漏输出的形式，以避免多个设备同时发送。在实际使用过程中，每个器件的总线接口都有一定的等效电容，连接数量会受到总线电容负载能力限制（400pF）。

发送器每发送一个字节，就在时钟脉冲9期间释放数据线，由接收器反馈一个应答信号。应答信号为低电平时，规定为有效应答位(ACK简称应答位)，表示接收器已经成功地接收了该字节;应答信号为高电平时，规定为非应答位(NACK)，一般表示接收器接收该字节没有成功。

start：SDA(1)➡SCL(1)➡SDA(0)➡SCL(0)

stop：SCL(1)➡SDA(0)➡SCL(1)➡SDA(1)

二、I2C模块分析

1、原理图

2、元件介绍

1、24C02（eeprom）

M24C02-WMN6TP：Internally organized with 32 pages of 8 bytes each,

the 2K requires an 8-bit data  word address for random word addressing.

一共可以储存256字节，但是，不能跨页读写（换句话说，要不多次读写，要不依次全读出来挑有用的）。

器件地址：根据手册Device Addressing章节，我们可知其器件地址前4位固定为1010，后三位由A2、A1、A0硬件连接决定，最后一位读取是1，写入是0。在原理图中可见，三个引脚全部接地。因此，我们读取地址是0xa1写入地址是0xa0。

注意：大多数情况下，我们在发送器件地址后，还需要发送页地址来确认需要读取/写入的数据页，然后才是数据传输。如图所示：

当然，也可以按顺序来读写

2、MCP4017（可编程电阻)

地址：参看手册，我们可以知道其读地址为0x5F写地址为0x5E。

我们通过手册可以看到其内部由128个Rs组成一个大电阻。而我们通过指令，可以更改电阻的通断，这样就可以更改总电阻的大小。在板子上的体现就是PB14的电压变化。

那么，电阻如何计算？

我们继续看手册，下图是内部电阻的结构图，我们实际更改的是RW开关的数量。

以下是手册中给出的计算公式。

然而公式中有两个未知数，RAB和RW，我们继续查找手册。此处的Rw应该是为了防止N=0时短路的。

在上面这个表格中，我们可以发现当前器件的RAB为100kΩ。100kΩ/127=Rs=787.402Ω。

于是上式就可以改成Rwb=Rs*N+Rw。但是，Rw还是未知，我们继续查手册。

根据上表，我们得到Rab在100kΩ下，Rw=100Ω。

因此，计算公式就变成了：Rw=787.40*N+100。

3、硬件I2C发送与接收

软件I2C其实就是模仿硬件的形式按照I2C协议发送指定数据。这里在不确定bug是否修复了的情况下，建议还是使用软件模拟。

三、代码示例

1、cubemx配置

这里我们使用软件I2C，直接跳过。我们只需要导入这两个文件，不会的看lcd章节。

2、上代码

1、24C02的相关代码

void write_24c02(unsigned char value)
{
I2CStart();//发送起始信号
I2CSendByte(0xa0);//发送器件写地址
I2CWaitAck();
I2CSendByte(0);//发送页地址
I2CWaitAck();
I2CSendByte(value);//发送数据
I2CWaitAck();
I2CStop();//发送停止信号
}
unsigned char read_24c02(void)
{
unsigned char value;
I2CStart();//发送起始信号
I2CSendByte(0xa0);//发送器件写地址
I2CWaitAck();//等待应答信号
I2CSendByte(0);//发送页地址
I2CWaitAck();
I2CStart();//这个很重要
I2CSendByte(0xa1);//发送器件读地址
I2CWaitAck();
value = I2CReceiveByte();//读数据
I2CSendNotAck();
I2CStop();
return value;
}

2、MCP4017的相关代码

void write_resistor(uint8_t value)
{
I2CStart();
I2CSendByte(0x5E);
I2CWaitAck();
I2CSendByte(value);
I2CWaitAck();
I2CStop();
}
uint8_t read_resistor(void)
{
uint8_t value;
I2CStart();
I2CSendByte(0x5F);
I2CWaitAck();
value = I2CReceiveByte();
I2CSendNotAck();
I2CStop();
return value;
}

四、问题

1、PB6和PB7引脚设置

通过阅读i2c_hal.c，我们可以得到

引脚      描述

PB6      SCL，推挽高速输出，带上拉。

PB7      SDA，输入：高速上拉开漏；输出：高速无上下拉开漏输出

总结

以上就是I2C的内容，相比硬件i2c多了发送ack的命令（当然你可以魔改下官方的库文件）。上文已经将两个元件通信流程截图放上来了。比赛忘记了就翻手册，虽然到现在为止，还没考过。