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一、IIC 是什么

IIC 也常写作 I2C，全称是Inter Integrated Circuit，即集成电路总线。

它是一种：

• 同步通信总线：数据传输由时钟线同步。

• 串行通信总线：数据按位传输。

• 半双工通信总线：同一时刻通常只在一个方向上传输数据。

可以先用两句话理解：

总线：传输数据的通道 协议：传输数据的规则

IIC 的作用就是让主机和多个从机共用一组通信线，并通过设备地址区分不同器件。

二、IIC 总线结构

IIC 总线由两根信号线组成：

从图中可以看到，SCL 和 SDA 都需要接上拉电阻到 VCC。

这样做的原因是：IIC 总线上的器件通常只主动拉低总线，不主动强推高电平。当器件释放总线后，SCL/SDA 会被上拉电阻拉回高电平。

IIC 总线的几个核心特点：

1. SCL 和 SDA 都是双向线。

2. 总线空闲时，SCL 和 SDA 都为高电平。

3. 总线支持多设备连接。

4. 总线上允许多个主机和多个从机存在。

5. 每个设备都有唯一地址。

6. 总线设备数量受总线电容限制，常见最大电容约为 400 pF。

三、IIC 通信速率

IIC 常见速率如下：

STM32 入门项目中，标准模式和快速模式最常见。

四、IIC 协议的三个信号

IIC 协议中最基础的三个信号是：

• 起始信号

• 停止信号

• 应答信号

这张图可以作为理解 IIC 的核心图。看懂它，IIC 就不再像两根线上的玄学了。

1. 起始信号 START

起始信号由主机发出。

产生条件：

SCL 为高电平期间，SDA 从高电平变为低电平

也就是：

SCL = 1 SDA: 1 -> 0

起始信号不是一个普通电平，而是一个电平跳变过程。

起始信号产生后，总线进入被占用状态，后续可以开始发送地址和数据。

2. 停止信号 STOP

停止信号也由主机发出。

产生条件：

SCL 为高电平期间，SDA 从低电平变为高电平

也就是：

SCL = 1 SDA: 0 -> 1

停止信号发出后，本次通信结束，总线重新进入空闲状态。

3. 应答信号 ACK

IIC 每传输完 1 字节数据后，都需要在第 9 个时钟周期进行应答。

发送器发送完 8 bit 后，会释放 SDA，由接收器反馈应答信号。

应答信号的关键点：

第 9 个时钟周期，接收方拉低 SDA 表示 ACK SDA 保持高电平则表示 NACK

读取最后一个字节时，主机通常发送 NACK，告诉从机“我不继续读了”。

五、两个注意：数据有效性与传输顺序

1. 数据有效性

IIC 数据传输时有一条铁律：

SCL 高电平期间，SDA 必须保持稳定。 SCL 低电平期间，SDA 才允许变化。

换句话说：

SCL 高电平 -> 接收方读取 SDA SCL 低电平 -> 发送方准备下一位数据

起始信号和停止信号是例外，因为它们正是利用 SCL 高电平期间 SDA 的跳变来表示特殊状态。

2. 数据传输顺序

IIC 数据先发送高位，也就是 MSB first。

1 字节数据传输顺序为：

bit7 -> bit6 -> bit5 -> bit4 -> bit3 -> bit2 -> bit1 -> bit0 -> ACK/NACK

所以一个完整字节传输实际需要 9 个时钟周期：

8 bit 数据 + 1 bit 应答

六、一个状态：总线空闲

IIC 总线空闲状态为：

SCL = 高电平 SDA = 高电平

此时所有设备都释放总线，由上拉电阻将两根线拉高。

调试 IIC 时，如果空闲状态下 SCL 或 SDA 一直为低，通常说明：

• 总线被某个设备拉住。

• GPIO 模式配置错误。

• 上拉电阻异常。

• 从机未正常供电或进入异常状态。

• SDA/SCL 线接错。

七、AT24C02 简介

AT24C02 是一种 EEPROM 存储器，容量为 2K bit，使用 IIC 通信。

容量换算：

2K bit = 2048 bit = 256 Byte

EEPROM 的特点是掉电后数据不丢失，因此常用于保存少量配置数据，例如：

• 设备参数

• 校准数据

• 用户设置

• 运行标志

• 产品序列号

八、AT24C02 引脚说明

AT24C02 常见关键引脚如下：

1. A0/A1/A2

A0、A1、A2 决定设备地址中的可编程部分。

如果同一条 IIC 总线上连接多个 AT24C02，可以通过不同的 A0/A1/A2 硬件电平让它们拥有不同地址。

2. WP

WP 是写保护引脚。

当写保护有效时，EEPROM 写操作会被禁止；当写保护无效时，可以正常读写。实际电平关系要以具体芯片手册为准。

九、AT24C02 通讯地址

AT24C02 的地址由三部分组成：

1010 A2 A1 A0 R/W

含义如下：

读写方向位：

如果 A0、A1、A2 均接地，则常见 8 位地址为：

写操作地址：0xA0 读操作地址：0xA1

需要注意：不同库函数对 IIC 地址格式的要求可能不同。有的函数要求 7 位地址，有的函数使用包含读写位的 8 位地址。写代码前要看清 API 说明。

十、AT24C02 写时序

AT24C02 写 1 字节数据的流程为：

起始信号 -> 地址和写方向 -> 应答信号 -> 内存地址 -> 应答信号 -> 数据内容 -> 应答信号 -> 停止信号

用更工程化的方式理解：

START -> 发送 0xA0 -> 等待 ACK -> 发送 EEPROM 内部地址 -> 等待 ACK -> 发送要写入的数据 -> 等待 ACK -> STOP

EEPROM 写入后通常需要内部写周期。写完马上读，有时会读不到新数据，因此驱动中常见处理方式是：

• 写入后延时一段时间。

• 或者轮询 ACK，等待 EEPROM 内部写入完成。

十一、AT24C02 读时序

AT24C02 随机读 1 字节数据的流程为：

起始信号 -> 地址和写方向 -> 应答信号 -> 内存地址 -> 应答信号 -> 起始信号 -> 地址和读方向 -> 应答信号 -> 数据内容 -> 应答信号 -> 停止信号

这里最容易困惑的一点是：明明是读数据，为什么一开始还要发送写地址？

原因是：主机要先告诉 EEPROM “我要读哪个内部地址”。发送内部地址这个动作需要通过写方向完成。然后主机再发送重复起始信号，切换到读方向，从该内部地址读取数据。

实际流程可以理解为：

先定位地址 再读取数据

十二、硬件 IIC 和软件 IIC 的区别

STM32 可以使用硬件 IIC 外设，也可以用 GPIO 模拟 IIC 时序。

入门阶段用软件 IIC 很适合理解协议；工程中如果追求效率和更规范的总线管理，可以使用硬件 IIC。

十三、软件 IIC 配置步骤

1. 使能 SCL 和 SDA 对应 GPIO 时钟

根据实际使用的 GPIO 端口使能对应时钟。

例如使用 GPIOB：

__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

实际工程中用到哪个 GPIO 口，就使能哪个 GPIO 时钟。

2. 设置 GPIO 工作模式

常见软件 IIC 配置方式：

IIC 总线更符合开漏 + 上拉的结构。单主机软件 IIC 中，有些工程会将 SCL 配成推挽输出、SDA 配成开漏输出；如果总线上设备较多，SCL/SDA 都用开漏更稳妥。

GPIO 初始化常用：

HAL_GPIO_Init();

3. 编写基本信号函数

软件 IIC 至少需要封装这些基础信号：

iic_start(); iic_stop(); iic_wait_ack(); iic_ack(); iic_nack();

这些函数分别对应起始、停止、等待应答、发送应答和发送非应答。

4. 编写读写字节函数

基础字节函数通常包括：

iic_send_byte(); iic_read_byte();

发送字节时，高位先发；读取字节时，主机需要在 SCL 高电平期间读取 SDA。

十四、AT24C02 驱动步骤AT24C02 驱动可以分三层实现。

1. 初始化 IIC 接口

完成 GPIO 时钟、SCL/SDA 引脚和总线空闲状态初始化。

初始化完成后，应保证：

SCL = 高电平 SDA = 高电平

2. 编写单字节写入和读取函数

单字节写入函数一般封装为：

at24c02_write_byte();

核心步骤是：

设备写地址 -> 内存地址 -> 数据

单字节读取函数一般封装为：

at24c02_read_byte();

核心步骤是：

设备写地址 -> 内存地址 -> 重复起始 -> 设备读地址 -> 读取数据

3. 编写连续读和连续写函数

连续读写可以在单字节读写基础上扩展。

连续读取比较直接，从指定地址开始连续读取多个字节即可。

连续写入要注意 EEPROM 页写机制。AT24C02 支持页写，但跨页写入可能出现地址回卷，导致覆盖同一页前面的数据。稳妥做法是按页边界拆分写入。