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1.EEPROM

EEPROM是一种电可擦除和重新编程、数据不丢失、可按字节修改的非易失性存储器，非常适合存储那些需要频繁小量更新但又要长期保存的配置或数据。

虽然 Flash 存储器（ 是 EEPROM 技术的⼀种衍⽣ ）在⼤容量、低成本存储上占据主导，但传统

EEPROM 在需要精确字节级修改、中等容量、⾼可靠性的场景中仍有不可替代的优势。

如下图就是我使用的AT24C02 EEPROM模块和管脚信号图

2.AT24C02

AT24C02是Atmel公司出品的I2C两线串行EEPROM，嵌入式入门最经典的掉电存储芯片，广泛应用与单片机存储少量配置参数

2.2 核心参数

• 容量：2Kbit = 256Byte,地址范围0x00 ~ 0xFF
• 存储组织：32页，没页8个字节（类似于一个二维表)
• 通信接口：I2C，支持100KHz标准模式、400KHz快速模式

2.3 引脚定义

3.AT24C02 读写介绍

3.1AT24C02 读写特点

AT24C02支持两种读写：随机读写、顺序读写。

• 随机读取：可以指定任意地址读取单个字节
• 顺序读取：读取一个字节后，AT24C02芯片的内部地址指针自动递增，可以连续读取后续字节

关于AT24C02地址：

• 把AT24C02想象成uint8_t array[256] 的数组，所谓的地址，就是数组下标
• 也可以当作uint8_t array[32][8]的二维数组

写入规则：

• 字节写入：可以写入单个字节到任意地址
• 页写入：AT24C02内部把8个字节叫做一页，所以AT24C02一共有：256字节/8 = 32个页。24C02芯片允许一次性最多写入一页。写⼊的起始地址必须是⻚的起始地址，因为有个bug就是在该芯片中，写入的数据超过一页的末尾地址，那么会覆盖前面的数据进行写入

3.2 AT24C02 写保护

• 芯片有一个WP（Write Protect）引脚
• 当WP引脚连接到GND时，允许正常的读、写操作。
• 当WP引脚连接到VCC时，整个存储器被写保护，禁止写入操作，但可以读取。

3.3 AT24C02自身设备地址

• AT24C02 芯片三个地址引脚A2、A1、A0.这些引脚可以链接到VCC或GND来设置该芯片在I2C总线上的低3位地址。

4.I2C

4.1.I2C的配置

如图所示，时I2C2接口配置

主要配置信息：

• I2C2为快速模式（速率400KHz）
• 7-bit地址模式（需要与从机保持一致，AT24Cxx芯片是7位地址)
• 时钟占空比为Tlow/Thigh = 2
• SCL和SDA复用的GPIO针脚是PB10，PB11，而且默认是开漏

4.1.1 问题一：I2C配置为快速模式这个是为什么？

该问题的衍生问题是我该如何选择I2C的通信速度。

• 首先，你的MCU内部的I2C接口本身是支持两种模式的（快速和标准）
• 速度的选择主要是取决于充当Slave的AT24C02的速度要求

我们如何选择I2C的通信速度呢？

• I2C属于通信，在可靠情况下，越快越好
• 参与通信的设备，大家支持的速度频率不同，就要去所有参与通信的I2C设备所支持的速度中大家都支持的，最快的方式
• 在可靠的前提下，取所有设备支持速度的最小的交集（最小值），选其中最快的那个。

4.1.2 问题二：I2C配置中，占空比是什么？

什么是占空比？

• 是指在一个完整的SCL时钟周期内，SCL信号处于低电平的时间与高电平的时间之间的额分配的时间比例
• 也就是，在⼀个周期内，占空⽐ = 低电平时⻓ / ⾼电平时⻓的⽐重

注意：

• 传统意义上，占空⽐是： (有效电平时间 / 总周期时间) × 100%
• 不过在 I2C 上，我们不采⽤这样的理解，⽽采⽤“占空⽐ = 低电平时⻓ / ⾼电平时⻓的

  ⽐重”，⼀⽅⾯适配后续在 STM32CubeMX 上配置，⼀⽅⾯我们还要对“有效电平“中

  的“有效“进⾏解释，太⿇烦。

• 占空比只有SCL要考虑，SDA不考虑，因为占空比前提是需要输出方要有稳定比率的输出方波。

为什么要有占空⽐？- 为什么

• 占空⽐是⾼低电平⽠分周期时⻓的⼀种分配⽅案
• 占空⽐设置成特定⽐率的⽬标是：让⾼低电平要满⾜ I2C 的电⽓特性要求
  

5.项目的建立

主要是模块化，我将模块分为5层，第一层就是我们的硬件(MCU,Flash,I2C....)；第二层就是Hal库，工程已经有的；第三层就是板级驱动(LED,Usart,AT24C02...)，也就是驱动程序，对硬件完成读写；第四层就是控制逻辑，如何在MCU当中执行我们的代码，去读取EEPROM里的数据，初始化相关内容，完成电点内容；第五层就是调用逻辑，main函数调用控制逻辑，告诉我们代码怎么写，控制逻辑再调用扳级驱动，完成基于HAL库对所对应硬件进行读写的逻辑，本文章主要是对上面三层进行配置

5.1 控制逻辑代码

APP.h的代码

#ifndef __APP_H #define __APP_H #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif #include<stdint.h> #include<stdio.h> #include "BSP_LED.h" #include "BSP_Usart_Redir.h" #include "BSP_AT24C02.h" #define APP_MAGIC 0x35 #define APP_VERSION 0x01 //8字节的配置结构体类型 typedef struct _config_t { uint8_t magic; //魔数，保证配置有效 uint8_t version; //版本 uint8_t led_id; //哪一颗led uint8_t reapet_cnt; //闪几次，重复次数 uint16_t delay_ms; //闪灯的频率，ms uint16_t start_time; //开始闪灯时间，ms }config_t; void App_Init(void); void App_Run(void); #ifdef __cplusplus } #endif #endif

我的头文件是这样定义的，这一段是头文件保护宏，是C语言头文件最基础的语法。作用就是：防止同一个头文件被重复包含

1.#ifdef __APP_H

#ifndef = if not defined,翻译：如果__APP_H这个宏没有被定义

2.#define __APP_H

如果上面条件成立（没有定义过），那就是定义宏 __APP_H.

3.直到文件末尾#endif结束这个判断。

#ifndef __APP_H #define __APP_H // 头文件里面所有内容 #endif

举个例子：

main.c里面#include "app.h"

bsp.c里面也#include "app.h"

那么预处理过程里第一次引入头文件，会展开里面的内容，但是第二次就不会展开了，因为上一步已经定义好了~

然后后面的#ifdef __cplusplus和extern "C"

#ifdef __cplusplus:是 C++ 编译器内置自动定义的宏，C 编译器不会定义这个宏。

extern "C"：告诉 C++ 编译器，里面这些函数按照 C 语言规则编译，不要用 C++ 的名字修饰

#ifdef __cplusplus extern "C" { #endif // 函数声明、结构体... #ifdef __cplusplus } #endif

APP.c的代码

#include"App.h" //全局配置变量 config_t gconfig; static void Config_Display(void) { printf(">>------------------配置清单---------------------<<"); printf("\nconfig.magic:%x\n",gconfig.magic); printf("config.version:%x\n",gconfig.version); printf("config.led_id:%d\n",gconfig.led_id); printf("config.reapet_cnt:%d\n",gconfig.reapet_cnt); printf("config.start_time:%d\n",gconfig.start_time); printf("config.delay_ms:%d\n",gconfig.delay_ms); } // ret == EOF; 读取失败 static int Request_Input(const char *message) //static修饰函数指当前函数在本模块有效 { int value = 0; printf(">>%s\n", message); if (scanf("%d", &value) == 1) { return value; } // =========新增：清空缓冲区所有残留字符，直到换行========= printf("[!] 输入无效, 请重新尝试!\n"); return EOF; } void App_Init(void) { // 获取用户的选择 1.重新配置参数 2.使用现有的配置 int choice = Request_Input("1.重新配置参数 2.使用现有的配置 "); if (choice == 1) { gconfig.magic = APP_MAGIC; gconfig.version = APP_VERSION; gconfig.led_id = (uint8_t)Request_Input("step1: 选择LED[1,4],0表示全选>>"); gconfig.reapet_cnt = (uint8_t)Request_Input("step2: 设置闪灯次数, [1,255]>> "); gconfig.delay_ms = (uint16_t)Request_Input("step3: 设置闪灯间隔,单位ms>> "); gconfig.start_time = (uint16_t)Request_Input("step4: 设置开始时间,单位ms>> "); Config_Display(); //写入到EEPROM，写入之前还要确定一下是否是正确的 BSP_AT24C02_Write(&gconfig,sizeof(gconfig)); //AT24C02写入数据 } else if(choice == 2) { //读取对应的EEPROM数据，读取之前还要确定一下是否是正确的 BSP_AT24C02_Read(&gconfig,sizeof(gconfig)); //AT24C02读取数据 } else { printf(">>输入无效,选项只有1 || 2!\n"); } } void App_Run(void) { if(gconfig.magic == APP_MAGIC && gconfig.version == APP_VERSION) { printf(">> %d ms之后,开始闪灯\n",(int)gconfig.start_time); HAL_Delay(gconfig.start_time); printf(">> 开始闪灯..... \n"); LED_Blink_Version2((int)gconfig.led_id,gconfig.reapet_cnt,gconfig.delay_ms); } }

我这里控制逻辑里，函数主要是通过串口对配置结构体进行配置，选择是1.重新配置还是2.通过AT24C02进行读取配置

APP_Init()里，通过Request_Input()这个函数进行提示并且通过该函数里的输入输出重定向，对串口进行写入数据，配置要进行的项目（指通过串口设置结构体电灯，但是究竟是重新配置还是通过I2C进行设置）

5.2 .板级驱动代码

BSP_AT24C02.h

#ifndef __BSP_AT24C02_H #define __BSP_AT24C02_H #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif #include<stdbool.h> #include"stm32f1xx_hal.h" typedef struct { I2C_HandleTypeDef *hi2c; uint16_t dev_address; //从设备地址 uint8_t page_size; //页大小 bool is_init; //是否被初始化 }eeprom_t; #define DEV_ADDRESS 0x50 #define PAGE_SIZE 8 #define SCAN_RETYIES 2 #define SCAN_TIME_MS 5 #define DEV_TOTAL_SIZE 256 #define READ_TIMEOUT_MS 50 #define WRITE_TIMEOUT_MS 50 #define POLL_RETYIES 10 #define POLL_TIME_MS 2 bool BSP_AT24C02_Init(I2C_HandleTypeDef *hi2c); bool BSP_AT24C02_Read(uint16_t start_address, void *data_out, uint8_t date_len); bool BSP_AT24C02_Write(void *data_in,uint8_t date_len); #ifdef __cplusplus } #endif #endif

扳机外设AT24C02头文件

• 该文件首先是AT24C02这个EEPROM的配置结构体，里面包括哪个I2C，从设备地址，页大小，是否配置成功
• 然后就是一些重要的函数声明，关于AT24C02的初始化，读取，写入之类的

BSP_AT24C02.c

#include "BSP_AT24C02.h" eeprom_t at24c02; bool BSP_AT24C02_Init(I2C_HandleTypeDef *hi2c) { if (!hi2c) { return false; } at24c02.hi2c = hi2c; at24c02.dev_address = DEV_ADDRESS << 1; // 左移一位 at24c02.page_size = PAGE_SIZE; at24c02.is_init = false; // 初始化以后还要进行等待，检测从设备就绪 // 1.产生起始条件；2.发送从设备地址 +w(0) = 8字节数据；3.ACK -> 从设备活着呢 4.stop if (HAL_OK == HAL_I2C_IsDeviceReady(at24c02.hi2c, at24c02.dev_address, SCAN_RETYIES, SCAN_TIME_MS)) { at24c02.is_init = true; } return at24c02.is_init; } // 可以进行按页读，字节读，任意读 bool BSP_AT24C02_Read(uint16_t start_address, void *data_out, uint8_t data_len) { if (!at24c02.is_init || !data_out || data_len == 0) return false; if (start_address + data_len > DEV_TOTAL_SIZE) return false; HAL_StatusTypeDef state = HAL_I2C_Mem_Read( at24c02.hi2c, at24c02.dev_address, start_address, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data_out, data_len, READ_TIMEOUT_MS); return state == HAL_OK; } static bool BSP_AT24C02_Ready() { if(!at24c02.is_init) return false; return HAL_OK == (at24c02.hi2c,at24c02.dev_address,POLL_RETYIES,POLL_TIME_MS); } // 单页，页内写入 static bool BSP_AT24C02_Write_Page(uint16_t start_address, void *data_in, uint8_t data_len) { if (!at24c02.is_init || !data_len == 0 || !data_in) return false; // 检查写入是否跨页 // 得知道当前写入哪一页 // uint16_t page_num = start_address / at24c02.page_size; //不重要 uint16_t page_offset = start_address % at24c02.page_size; // 代表你在这一页的哪个位置写入 if (page_offset + data_len > at24c02.page_size) return false; HAL_StatusTypeDef state = HAL_I2C_Mem_Write( at24c02.hi2c, at24c02.dev_address, start_address, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data_in, data_len, WRITE_TIMEOUT_MS); if(state != HAL_OK) return false; return BSP_AT24C02_Ready(); } // 支持任意长度写入，自动跨页 bool BSP_AT24C02_Write(uint16_t start_address,void *data_in, uint8_t data_len) { if(!at24c02.is_init || data_in || data_len == 0) return false; if(start_address + data_len > DEV_TOTAL_SIZE) return false; uint16_t Bytes_written = 0; //已经写入了多少字节 while(Bytes_written < data_len) { //数据还有多少没有发送 uint16_t data_left = data_len - Bytes_written; //必须按照页写，计算一下当前页还剩多少空间 } }

主要是.C文件

首先是对AT24C02的初始化，1.先判断是否是空指针，要不然无效；2.其次就是对该I2C从设备的配置；3.最重要，通过HAL_I2C_IsDeviceReady函数对目标I2C设备进行检测，是否准备好通信

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_IsDeviceReady(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint32_t Trials, uint32_t Timeout)

hi2c：指向I2C句柄结构体指针

DevAddress：7位目标设备地址，调用前必须左移1位

Trials：尝试次数，建议设置1-10

Timeout：超时时间，单次检测操作的超时时间ms