I2C — 读写 EEPROM

难度: ⭐⭐（需要了解 I2C 基本概念）
固件库: AT32F403A_407_Firmware_Library V2.2.2
源文件: project/at_start_f403a/examples/i2c/eeprom/src/main.c

这个实验是干嘛的？

EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）是一种掉电不丢失的存储芯片。它不像 Flash 那样需要擦除整块扇区，可以逐字节读写，非常适合存储配置参数、校准数据、用户设置等小量关键数据。

AT24C02 是最经典的 EEPROM 芯片，容量 256 字节，I2C 接口，只要 2 根线就能通信。

本实验做的事情：

准备 3 组不同的测试数据
分别用轮询、中断、DMA 三种方式写入 EEPROM
读回数据并比对
三种方式都成功 → LED 亮

硬件准备

你需要一个 AT24C02 EEPROM 模块（淘宝 2~3 块）：

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开发板            AT24C02 模块
  PB10 (SCL) ──→  SCL
  PB11 (SDA) ←──→ SDA
  3.3V       ──→  VCC
  GND        ──→  GND

重要：

I2C 总线需要上拉电阻（一般 4.7KΩ）
大多数模块已经焊好了上拉电阻，不用你加
如果自己搭电路，SCL 和 SDA 各接一个 4.7K 上拉到 VCC

I2C 基础知识

I2C 只需要 2 根线就能连接多个设备：

信号	全称	说明
SCL	Serial Clock	时钟信号，主机产生
SDA	Serial Data	数据信号，双向

I2C 的核心概念

1. 主从模式

主机（Master）：发起通信，产生时钟
从机（Slave）：被动响应，每个从机有唯一地址

2. 7 位地址

每个 I2C 设备有一个 7 位地址（如 AT24C02 的地址是 0x50）
一根总线上可以挂多个设备，靠地址区分

3. 读写操作

写操作：主机发送 [从机地址+W] + [数据]
读操作：主机发送 [从机地址+R]，然后从机返回数据

I2C vs SPI 对比

特性	I2C	SPI
线数	2 根（SCL+SDA）	4 根（SCK+MOSI+MISO+CS）
速度	100K/400K/1M	几十 MHz
多设备	地址区分，同一总线挂多个	每个设备一根 CS 线
全双工	否（半双工）	是
适用场景	低速传感器、EEPROM	高速 Flash、LCD

完整代码

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#include "at32f403a_407_board.h"
#include "at32f403a_407_clock.h"
#include "eeprom.h"

/* ===== I2C 配置参数 ===== */
#define I2C_TIMEOUT    0xFFFFFFFF
#define I2Cx_SPEED     100000       // 100KHz 标准模式
#define I2Cx_ADDRESS   0xA0         // EEPROM 地址（7位地址左移1位）
#define I2Cx_PORT      I2C2
#define I2Cx_SCL_PIN   GPIO_PINS_10 // PB10 = SCL
#define I2Cx_SDA_PIN   GPIO_PINS_11 // PB11 = SDA
#define BUF_SIZE       12

/* 3 组测试数据 */
uint8_t tx_buf1[BUF_SIZE] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08, 0x09, 0x0A, 0x0B, 0x0C};
uint8_t tx_buf2[BUF_SIZE] = {0x10, 0x20, 0x30, 0x40, 0x50, 0x60, 0x70, 0x80, 0x90, 0xA0, 0xB0, 0xC0};
uint8_t tx_buf3[BUF_SIZE] = {0x11, 0x22, 0x33, 0x44, 0x55, 0x66, 0x77, 0x88, 0x99, 0xAA, 0xBB, 0xCC};
uint8_t rx_buf1[BUF_SIZE] = {0};
uint8_t rx_buf2[BUF_SIZE] = {0};
uint8_t rx_buf3[BUF_SIZE] = {0};

i2c_handle_type hi2cx;

/* 缓冲区比对 */
uint32_t buffer_compare(uint8_t* buf1, uint8_t* buf2, uint32_t len)
{
  for(uint32_t i = 0; i < len; i++)
  {
    if(buf1[i] != buf2[i]) return 1;
  }
  return 0;
}

/* 错误处理：LED 快闪 */
void error_handler(uint32_t error_code)
{
  while(1)
  {
    at32_led_toggle(LED2);
    delay_ms(500);
  }
}

/* I2C 底层初始化（GPIO + 中断 + DMA） */
void i2c_lowlevel_init(i2c_handle_type* hi2c)
{
  gpio_init_type gpio_initstructure;

  /* 使能时钟 */
  crm_periph_clock_enable(CRM_I2C2_PERIPH_CLOCK, TRUE);
  crm_periph_clock_enable(CRM_GPIOB_PERIPH_CLOCK, TRUE);

  /* GPIO 配置：开漏输出，复用功能 */
  gpio_initstructure.gpio_out_type = GPIO_OUTPUT_OPEN_DRAIN;
  gpio_initstructure.gpio_pull = GPIO_PULL_NONE;
  gpio_initstructure.gpio_mode = GPIO_MODE_MUX;
  gpio_initstructure.gpio_drive_strength = GPIO_DRIVE_STRENGTH_MODERATE;

  gpio_initstructure.gpio_pins = I2Cx_SCL_PIN;
  gpio_init(GPIOB, &gpio_initstructure);

  gpio_initstructure.gpio_pins = I2Cx_SDA_PIN;
  gpio_init(GPIOB, &gpio_initstructure);

  /* 中断配置 */
  nvic_irq_enable(I2C2_EVT_IRQn, 0, 0);
  nvic_irq_enable(I2C2_ERR_IRQn, 0, 0);
  nvic_irq_enable(DMA1_Channel4_IRQn, 0, 0);
  nvic_irq_enable(DMA1_Channel5_IRQn, 0, 0);

  /* DMA 配置 */
  crm_periph_clock_enable(CRM_DMA1_PERIPH_CLOCK, TRUE);
  hi2c->dma_tx_channel = DMA1_CHANNEL4;
  hi2c->dma_rx_channel = DMA1_CHANNEL5;

  /* I2C 初始化：100KHz，7位地址 */
  i2c_init(hi2c->i2cx, I2C_FSMODE_DUTY_2_1, I2Cx_SPEED);
  i2c_own_address1_set(hi2c->i2cx, I2C_ADDRESS_MODE_7BIT, I2Cx_ADDRESS);
}

int main(void)
{
  i2c_status_type i2c_status;

  nvic_priority_group_config(NVIC_PRIORITY_GROUP_4);
  system_clock_config();
  at32_board_init();

  hi2cx.i2cx = I2Cx_PORT;
  i2c_config(&hi2cx);  // 调用底层初始化

  while(1)
  {
    /* 等待按键按下 */
    while(at32_button_press() != USER_BUTTON) {}

    /* ===== 方式一：轮询模式写入 ===== */
    eeprom_write_buffer(&hi2cx, EE_MODE_POLL, I2C_MEM_ADDR_WIDIH_8,
                        I2Cx_ADDRESS, 0x00, tx_buf1, BUF_SIZE, I2C_TIMEOUT);
    delay_ms(1);  // EEPROM 写入需要时间
    eeprom_read_buffer(&hi2cx, EE_MODE_POLL, I2C_MEM_ADDR_WIDIH_8,
                       I2Cx_ADDRESS, 0x00, rx_buf1, BUF_SIZE, I2C_TIMEOUT);
    delay_ms(5);

    /* ===== 方式二：中断模式写入 ===== */
    eeprom_write_buffer(&hi2cx, EE_MODE_INT, I2C_MEM_ADDR_WIDIH_8,
                        I2Cx_ADDRESS, 0x00, tx_buf2, BUF_SIZE, I2C_TIMEOUT);
    delay_ms(1);
    eeprom_read_buffer(&hi2cx, EE_MODE_INT, I2C_MEM_ADDR_WIDIH_8,
                       I2Cx_ADDRESS, 0x00, rx_buf2, BUF_SIZE, I2C_TIMEOUT);
    delay_ms(5);

    /* ===== 方式三：DMA 模式写入 ===== */
    eeprom_write_buffer(&hi2cx, EE_MODE_DMA, I2C_MEM_ADDR_WIDIH_8,
                        I2Cx_ADDRESS, 0x00, tx_buf3, BUF_SIZE, I2C_TIMEOUT);
    delay_ms(1);
    eeprom_read_buffer(&hi2cx, EE_MODE_DMA, I2C_MEM_ADDR_WIDIH_8,
                       I2Cx_ADDRESS, 0x00, rx_buf3, BUF_SIZE, I2C_TIMEOUT);
    delay_ms(5);

    /* 验证三组数据 */
    if(buffer_compare(tx_buf1, rx_buf1, BUF_SIZE) == 0 &&
       buffer_compare(tx_buf2, rx_buf2, BUF_SIZE) == 0 &&
       buffer_compare(tx_buf3, rx_buf3, BUF_SIZE) == 0)
    {
      at32_led_on(LED3);  // 全部成功
    }
    else
    {
      error_handler(i2c_status);  // 失败，LED 快闪
    }
  }
}

代码分段讲解

1. I2C 地址

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#define I2Cx_ADDRESS   0xA0

AT24C02 的 7 位地址是 0x50，左移 1 位变成 0xA0。为什么？

I2C 传输时，地址后面跟一个读写位：

写操作：0x50 << 1 | 0 = 0xA0
读操作：0x50 << 1 | 1 = 0xA1

2. GPIO 配置

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gpio_initstructure.gpio_out_type = GPIO_OUTPUT_OPEN_DRAIN;

I2C 必须用开漏输出！ 为什么？

I2C 总线上有多个设备，任何设备都可以拉低 SDA/SCL
开漏模式：只能拉低，不能主动拉高（靠上拉电阻拉高）
如果用推挽输出，两个设备同时输出不同电平会短路！

3. 三种传输模式

模式	原理	优点	缺点
轮询	CPU 不断检查标志位	简单直接	占用 CPU
中断	传输完成触发中断	CPU 可以做其他事	需要中断服务函数
DMA	DMA 自动搬运数据	CPU 完全不参与	配置复杂

4. 写入后延时

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delay_ms(1);  // EEPROM 写入需要时间

EEPROM 写入是一个内部编程过程，需要几毫秒。在编程期间，EEPROM 不会应答（NACK），主机必须等待。

实验现象

按下 USER 按键
三种模式依次写入并读回
LED3 亮起 → 三种模式全部成功
LED2 快闪 → 有失败，检查接线

常见问题

Q: I2C 通信超时？

检查上拉电阻（4.7KΩ）
检查地址是否正确（7 位 vs 8 位地址的区别）
检查 SCL/SDA 是否接反

Q: 写入后读出来不对？

EEPROM 写入需要时间，写入后至少等 5ms 再读
检查 EEPROM 地址引脚（A0/A1/A2）是否与代码一致

Q: 7 位地址和 8 位地址的区别？

7 位地址：0x50（芯片手册上的地址）
8 位地址：0xA0（左移 1 位，包含读写位）
不同库函数可能要求不同格式，注意区分

小结

概念	说明
I2C	2 线制低速通信总线
EEPROM	掉电不丢失，逐字节读写
开漏输出	I2C 必须用，避免短路
上拉电阻	4.7KΩ，必须有
7 位地址	芯片手册上的地址
写入延时	EEPROM 编程需要几毫秒

学了 I2C 能做什么？

I2C 是连接"低速外设"的万能总线，几乎所有传感器都支持 I2C：

传感器

项目	原理	难度
温湿度检测	SHT30/DHT20 + I2C → 温湿度数据	⭐⭐
气压检测	BMP280 + I2C → 气压/海拔	⭐⭐
光照检测	BH1750 + I2C → 光照强度	⭐
加速度/陀螺仪	MPU6050 + I2C → 6 轴姿态	⭐⭐⭐
RTC 时钟	DS3231 + I2C → 精确时间	⭐⭐
磁场检测	QMC5883L + I2C → 电子罗盘	⭐⭐⭐
触摸检测	TTP223 电容触摸 + I2C	⭐⭐

存储与显示

项目	原理	难度
配置参数存储	AT24C02 + I2C → 存校准数据	⭐
OLED 显示	SSD1306 + I2C → 0.96 寸 OLED	⭐⭐
LCD 显示	I2C 接口的字符 LCD	⭐⭐

实际应用场景

气象站：I2C 温湿度 + 气压 + 光照 → 环境监测
平衡车：I2C MPU6050 → 姿态检测 + PID 控制
智能手表：I2C 心率 + 加速度 + RTC → 健康监测
工业仪表：I2C ADC（ADS1115）→ 高精度电压测量

核心思路：I2C 的核心优势是省线。2 根线就能挂 128 个设备。传感器、EEPROM、RTC、OLED……几乎所有低速外设都用 I2C。掌握了 I2C，你就有了连接整个传感器世界的能力。

下一步：学会了 I2C，可以学 TIM PWM 输出，用定时器生成 PWM 信号控制 LED 亮度、电机转速。

AT32 I2C — 读写 EEPROM（最常用的 I2C 从设备）

AT32F403A I2C 接口读写 AT24C02 EEPROM，三种传输模式：轮询、中断、DMA