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21.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：

AT24C16 EEPROM的工作原理；
IIC模塊原理以及IIC驅(qū)動(dòng)原理。

21.2實(shí)驗(yàn)原理

21.2.1AT24C16 EEPROM的工作原理

下圖為AT24CXX系列EEPROM相關(guān)參數(shù)，由該圖可知，AT24C16的存儲(chǔ)容量為16Kbit，共2048字節(jié)，共128頁(yè)，每頁(yè)為16字節(jié)。

由下圖可知，AT24C16由8塊組成，每塊256字節(jié)。

I2C開(kāi)始信號(hào)后，第一個(gè)字節(jié)為器件地址，由1010+3位塊地址+1位讀寫標(biāo)志組成，3位塊地址剛好可以表示8個(gè)塊，所以一次寫完256字節(jié)，換到下一下塊的時(shí)候，要重新更改器件地址。

AT24C16支持頁(yè)寫入模式，一次最多可支持寫入16字節(jié)。主機(jī)每發(fā)送一個(gè)字節(jié)，24c16收到確認(rèn)，內(nèi)部地址遞增(僅限低4bit，所以1次可寫16字節(jié))。

21.2.2IIC接口原理

GD32F30X系列MCU的I2C接口模塊實(shí)現(xiàn)了I2C協(xié)議的標(biāo)速模式，快速模式以及快速+模式，具備CRC計(jì)算和校驗(yàn)功能、支持SMBus（系統(tǒng)管理總線）和PMBus（電源管理總線），此外還支持多主機(jī)I2C總線架構(gòu)，其主要特性如下：

?并行總線至I2C總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換及接口；
?同一接口既可實(shí)現(xiàn)主機(jī)功能又可實(shí)現(xiàn)從機(jī)功能；
?主從機(jī)之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸；
?支持7位和10位的地址模式和廣播尋址；
?支持I2C多主機(jī)模式；
?支持標(biāo)速（最高100 KHz），快速（最高400 KHz）和快速+模式（最高1MHz）；
?從機(jī)模式下可配置的SCL主動(dòng)拉低；
?支持DMA模式；
?兼容SMBus 2.0和PMBus；
?兩個(gè)中斷：字節(jié)成功發(fā)送中斷和錯(cuò)誤事件中斷；
?可選擇的PEC（報(bào)文錯(cuò)誤校驗(yàn)）生成和校驗(yàn)。

IIC模塊結(jié)構(gòu)框圖如下所示。

21.3硬件設(shè)計(jì)

EEPROM硬件電路圖如下所示，IIC引腳使用PB10和PB11引腳，SDA和SCL總線通過(guò)4.7K電阻上拉，且對(duì)地接30pf電容以及100歐姆串阻濾波。

21.4代碼解析

21.4.1EEPROM初始化配置函數(shù)

EEPROM初始化配置函數(shù)如下，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)IIC總線引腳配置以及IIC模塊配置。

C
void bsp_eeprom_init_AT24C16(void)
{
driver_i2c_init(&EEPROM_I2C);
}
void driver_i2c_init(typdef_i2c_struct *i2cx)
{
rcu_periph_clock_enable(i2cx->rcu_i2c_x);

i2c_deinit(i2cx->i2c_x);

driver_gpio_general_init(i2cx->i2c_scl_gpio);
driver_gpio_general_init(i2cx->i2c_sda_gpio);

/* I2C clock configure */
i2c_clock_config(i2cx->i2c_x, i2cx->frequency, I2C_DTCY_2);
/* I2C address configure */
i2c_mode_addr_config(i2cx->i2c_x, I2C_I2CMODE_ENABLE, I2C_ADDFORMAT_7BITS, i2cx->slave_addr);
/* enable I2C0 */
i2c_enable(i2cx->i2c_x);
/* enable acknowledge */
i2c_ack_config(i2cx->i2c_x, I2C_ACK_ENABLE);
}

21.4.2EEPROM buf寫入接口函數(shù)

EEPROM buf寫入接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下，通過(guò)該函數(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)AT24C16任意地址的多字節(jié)寫入。內(nèi)部已根據(jù)地址和寫入長(zhǎng)度自動(dòng)識(shí)別從機(jī)地址以及對(duì)應(yīng)的塊，然后寫入正確的地址空間。

C
EEPROM_STATE eeprom_buffer_write_AT24C16(uint8_t* p_buffer, uint16_t write_address, uint16_t number_of_byte)
{
uint8_t number_of_page = 0, number_of_single = 0, address = 0, count = 0;
uint8_t deviceId;
address = write_address % I2C_PAGE_SIZE;
count = I2C_PAGE_SIZE - address;
number_of_page = number_of_byte / I2C_PAGE_SIZE;
number_of_single = number_of_byte % I2C_PAGE_SIZE;

if(write_address+write_address>EEPROM_SIZE)
{
return EEPROM_ERROR;
}
/* if write_address is I2C_PAGE_SIZE aligned */
if(0 == address){
while(number_of_page--){

deviceId=(write_address>>8)>0 ? (EEPROM_ADDR | (uint8_t)((write_address>>7)&0x0E)):EEPROM_ADDR ;
if(driver_i2c_mem_poll_write(&EEPROM_I2C,deviceId,write_address,MEM_ADDRESS_8BIT,p_buffer,I2C_PAGE_SIZE) == DRV_ERROR)
{
return EEPROM_ERROR;
}
if(eeprom_wait_standby_state(&EEPROM_I2C) == EEPROM_ERROR)
{
return EEPROM_ERROR;
}
write_address += I2C_PAGE_SIZE;
p_buffer += I2C_PAGE_SIZE;
}
if(0 != number_of_single){
deviceId=(write_address>>8)>0 ? (EEPROM_ADDR | (uint8_t)((write_address>>7)&0x0E)):EEPROM_ADDR ;
if(driver_i2c_mem_poll_write(&EEPROM_I2C,deviceId,write_address,MEM_ADDRESS_8BIT,p_buffer, number_of_single)==DRV_ERROR)
{
return EEPROM_ERROR;
}
if(eeprom_wait_standby_state(&EEPROM_I2C) == EEPROM_ERROR)
{
return EEPROM_ERROR;
}
}
return EEPROM_SUCCESS;
}else{
/* if write_address is not I2C_PAGE_SIZE aligned */
if(number_of_byte < count){?
deviceId=(write_address>>8)>0 ? (EEPROM_ADDR | (uint8_t)((write_address>>7)&0x0E)):EEPROM_ADDR ;
if(driver_i2c_mem_poll_write(&EEPROM_I2C,deviceId,write_address,MEM_ADDRESS_8BIT,p_buffer, number_of_byte)==DRV_ERROR)
{
return EEPROM_ERROR;
}
if(eeprom_wait_standby_state(&EEPROM_I2C)==EEPROM_ERROR)
{
return EEPROM_ERROR;
}

}else{
number_of_byte -= count;
number_of_page = number_of_byte / I2C_PAGE_SIZE;
number_of_single = number_of_byte % I2C_PAGE_SIZE;

if(0 != count){
deviceId=(write_address>>8)>0 ? (EEPROM_ADDR | (uint8_t)((write_address>>7)&0x0E)):EEPROM_ADDR ;
if(driver_i2c_mem_poll_write(&EEPROM_I2C,deviceId,write_address,MEM_ADDRESS_8BIT,p_buffer, count)==DRV_ERROR)
{
return EEPROM_ERROR;
}
if(eeprom_wait_standby_state(&EEPROM_I2C)==EEPROM_ERROR)
{
return EEPROM_ERROR;
}
write_address += count;
p_buffer += count;
}
/* write page */
while(number_of_page--){
deviceId=(write_address>>8)>0 ? (EEPROM_ADDR | (uint8_t)((write_address>>7)&0x0E)):EEPROM_ADDR ;
if(driver_i2c_mem_poll_write(&EEPROM_I2C,deviceId,write_address,MEM_ADDRESS_8BIT,p_buffer, I2C_PAGE_SIZE)==DRV_ERROR)
{
return EEPROM_ERROR;
}
if(eeprom_wait_standby_state(&EEPROM_I2C)==EEPROM_ERROR)
{
return EEPROM_ERROR;
}
write_address += I2C_PAGE_SIZE;
p_buffer += I2C_PAGE_SIZE;
}
/* write single */
if(0 != number_of_single){
deviceId=(write_address>>8)>0 ? (EEPROM_ADDR | (uint8_t)((write_address>>7)&0x0E)):EEPROM_ADDR ;
if(driver_i2c_mem_poll_write(&EEPROM_I2C,deviceId,write_address,MEM_ADDRESS_8BIT,p_buffer, number_of_single)==DRV_ERROR)
{
return EEPROM_ERROR;
}
if(eeprom_wait_standby_state(&EEPROM_I2C)==EEPROM_ERROR)
{
return EEPROM_ERROR;
}
}
}
return EEPROM_SUCCESS;
}
}

21.4.3EEPROM buf讀取接口函數(shù)

EEPROM buf讀取接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)如下，通過(guò)該函數(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)EEPROM任意地址的多字節(jié)數(shù)據(jù)讀取，內(nèi)部也對(duì)讀取的地址進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別從機(jī)地址。

C
EEPROM_STATE eeprom_buffer_read_AT24C16(uint8_t* p_buffer, uint16_t read_address, uint16_t number_of_byte)
{
uint8_t rNum=0; //讀取的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
uint16_t lenLeft=number_of_byte;//剩余的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
uint8_t deviceId;//讀取的器件地址
if(read_address+number_of_byte>EEPROM_SIZE)//如果讀取的長(zhǎng)度加上讀取地址超過(guò)了EEPROM的空間大小，則報(bào)錯(cuò)誤
{
return EEPROM_ERROR;
}
/*calculate the current read position to know how many word can read continully*/
rNum=16-read_address & 0x0F;
if(rNum == 0) rNum=16;
rNum = lenLeft>=rNum ? rNum : lenLeft;//剩余未讀字節(jié)數(shù)如果大于rNum, 則讀rNum個(gè)，如果小于rNum，則一次讀完了
/*read the data from e2prom*/
while(lenLeft)
{
//這里計(jì)算頁(yè)地址，當(dāng)?shù)刂沸∮?56時(shí)，右移8位會(huì)小于0，所以器件地址為基地址A1
//如果讀取的地址大于256時(shí)，右移8位則不會(huì)小于0，所以器件地址為基地址A1 | 3位頁(yè)地址
deviceId=(read_address>>8)>0 ? (EEPROM_ADDR | (uint8_t)((read_address>>7)&0x0E)):EEPROM_ADDR ;

if(driver_i2c_mem_poll_read(&EEPROM_I2C,deviceId,read_address,MEM_ADDRESS_8BIT,p_buffer,rNum)==DRV_ERROR)
{
// printf("i2c read error\r\n");
return EEPROM_ERROR;
}
read_address+=rNum;//已經(jīng)讀了rNum個(gè)了，所以地址后移rNum個(gè)
lenLeft-=rNum;//剩余未讀數(shù)據(jù)減少rNum個(gè)
p_buffer+=rNum;
rNum=lenLeft>16? 16 : lenLeft;//如果剩余大于16個(gè)，則下次再讀16個(gè)，如果小于，則一次讀完
}
return EEPROM_SUCCESS;
}

21.4.4EEPROM讀寫實(shí)驗(yàn)主函數(shù)

EEPROM讀寫實(shí)驗(yàn)主函數(shù)如下所示。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)AT24C16任意地址256字節(jié)的寫入、讀取以及校驗(yàn)測(cè)試。

C
int main(void)
{
uint16_t i;
uint8_t i2c_buffer_write[BUFFER_SIZE];
uint8_t i2c_buffer_read[BUFFER_SIZE];

bsp_eeprom_init_AT24C16();
/* initialize i2c_buffer_write */
for(i = 0;i < BUFFER_SIZE;i++){?
i2c_buffer_write[i]=i;
// printf("0x%02X ",i2c_buffer_write[i]);
// if(15 == i%16){
// printf("\r\n");
// }
}

if(eeprom_buffer_write_AT24C16(i2c_buffer_write,0x0153,BUFFER_SIZE)==EEPROM_SUCCESS)
{
__nop();
}
if(eeprom_buffer_read_AT24C16(i2c_buffer_read,0x0153,BUFFER_SIZE)==EEPROM_SUCCESS)
{
__nop();
}
/* compare the read buffer and write buffer */
for(i = 0;i < BUFFER_SIZE;i++){
if(i2c_buffer_read[i] != i2c_buffer_write[i]){
__nop();
// printf("0x%02X ", i2c_buffer_read[i]);
// printf("Err:data read and write aren't matching.\n\r");
// return I2C_FAIL;
}
//printf("0x%02X ", i2c_buffer_read[i]);
// if(15 == i%16){
// printf("\r\n");
// }
}
__nop();
// printf("I2C-AT24C02 test passed!\n\r");
while (1)
{
}
}

21.5實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將本實(shí)驗(yàn)歷程燒錄到紅楓派開(kāi)發(fā)板中，運(yùn)行后，可通過(guò)串口打印測(cè)試結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于AT24C16任意地址寫入、讀取以及校驗(yàn)。

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