【NUCLEO-L476RG开发】硬件I2C

【NUCLEO-L476RG开发】硬件I2C 精华

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netlhx 发布时间：2015-11-8 20:18

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本帖最后由 netlhx 于 2015-11-8 20:35 编辑

NUCLEO-L476RG到手一段时间了，今天来测试一下硬件I2C的操作，听说很多BUG，试一试看如何。

准备用I2C来访问AT24C02 EEPROM，将数据写入到EEPROM中，然后再读取出来，验证读写操作的正确性。

硬件平台如下

NUCLEO-L476RG

前段时间FSL的KL02Z套装，上面的MINIDOCK扩展板上恰好有AT24C02，所以借过来用一下，FSL不要生气啊

标准的ARDUINO接口，放到哪都行。合体照。

硬件连接及原理图

MINI DOCI上的AT24C02连接

QQæªå¾20151108162714.png

ARDUINO接口：SCL及SDA

QQæªå¾20151108162724.png

NUCLEO-L476RG上对应的接口

写程序之前，要了解硬件的基本特性，首先是STM32L476RG上I2C接口支持的特性；其次是AT24C02的特性。

STM32L476RG的I2C功能框图如下

QQæªå¾20151108154725.png

值得一提的是，L4的I2C有自己独立的内核时钟，可以在SYSCLK、PCLK及HSI中任选一种做为I2C的内核时钟。另外L4的I2C支持三种不同的通信速率：100KHZ, 400KHZ，1MHZ。由于AT24C02只支持最高400KHZ，所以这里就选择400KHZ做为内核时钟。

创建I2C测试工程，建立过程略。几点要注意的地方。

首先，本例程中使用的是I2C1，对应的SCL及SDA引脚为PB8及PB9，时钟配置后SYSCLK为80MHZ。

I2C硬件配置参数如图

QQæªå¾20151108172523.png

速度有三种可选：标准，快速，快速加。另外针对不同的特定应用，可以选择设置上升和下降沿的时间，以纳秒为单位，范围为0-120纳秒之间。注意这个TIMING参数，是灰色的，CUBEMX自动计算并设置该值，不像以前的F0和F3系列，需要一个专门的工具来设置TIMING的值，够麻烦的。

下面是使用HAL库与EEPROM通信的主要代码。

/* USER CODE BEGIN PV */
3 }3 I. r" V8 E3 @" X9 z
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/) B# o, D2 x, j8 Y6 `5 w
#define EEPROM_ADDRESS 0xA0( {1 G: q6 M* S- ^8 ?/ O" g5 |
#define EEPROM_PAGESIZE 0x11* x8 v1 X& Q l8 r$ \2 z) Q
#define EEPROM_TIMEOUT 1000: Y- y8 m! n7 N$ F
3 v( o% E; E2 h1 y& k
extern I2C_HandleTypeDef hi2c1;. g9 F" v& F& @; @( |$ t
, m( X7 N: \( d* X( W2 d) i
char msg[] = "This is a test!\r\n";
* y k5 M# q1 ? t
! ?: B( A$ j0 Q5 E& b m; `
char buf[40];
5 G) M- q: D. i- e
& I8 ?% |6 X) R& ^, o
int16_t Remaining_Bytes;
/ C$ S; E' K3 }8 K9 s7 G
uint16_t Memory_Address;
. }* b& [+ s6 O
9 O( C$ J- |- `( N0 P
uint16_t len;
, ^' b0 a9 g1 q) [; H: d+ b
& e) K$ w7 e0 ~8 x% w
......
* Q1 ?( R1 o1 }& G/ J
' w4 e/ Z# F, l: ~
//write msg to eeprom
* P6 K* m3 q& g8 s) W2 W8 K7 ]
Remaining_Bytes = strlen(msg);
/ \. b$ m# w; T8 D7 m
Memory_Address = 0;
; x# @% j. [( ]6 f( D+ L
# [" o' Z6 [8 t" A! P3 u# B) R M
while(Remaining_Bytes > 0)
$ z- z# U, m3 a; f
{
# y& ~4 ?% E5 U* [+ i* _
if(HAL_I2C_Mem_Write_DMA(&hi2c1, EEPROM_ADDRESS, Memory_Address, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t *)(msg + Memory_Address), EEPROM_PAGESIZE) != HAL_OK)
5 n9 C* D. v* b# w) |! w2 C
{) f7 I7 X* C: o; d& c- t0 o% O1 K+ P/ t
Error_Handler();
' k- ?9 m( _2 ^, w
/ v1 ]; J# a0 T4 s" O) o9 g* X
}
4 v# \! R' V8 d# I% D& \
# g. f) `: O; ^3 U' l" p
while(HAL_I2C_GetState(&hi2c1) != HAL_I2C_STATE_READY)
{
3 N" u" I6 S7 H
}; Y/ o+ T: Q8 m- m4 v
2 ?7 R+ y2 I2 N9 I9 k5 H3 |
while (HAL_I2C_IsDeviceReady(&hi2c1, EEPROM_ADDRESS, 10, 300) == HAL_TIMEOUT);
( g0 N3 \ Y. Y9 J9 T D
0 }( ~3 ^5 h4 C P3 t9 F" v
while (HAL_I2C_GetState(&hi2c1) != HAL_I2C_STATE_READY)( M$ J- d/ [ p0 |- ~5 A
{" y( {1 K2 O. k8 }
}
! r% X5 w& s* ~$ U! q- _( T
- f) {. `" y1 u7 k; e6 u
Remaining_Bytes -= EEPROM_PAGESIZE;
7 A! \9 ]$ _4 U$ X7 P# `
& O- J2 V, E8 c
Memory_Address += EEPROM_PAGESIZE;# z/ ^: R1 _: q+ }: m. ]
}: t( j* v! j3 Z9 L3 ~
1 ]% c2 i; m& ]3 g: G0 L
//read msg to buff0 _1 z$ {5 s7 ]) @
8 i5 p' ]' u1 R3 q& ~8 j! j8 s
if(HAL_I2C_Mem_Read_DMA(&hi2c1 , EEPROM_ADDRESS, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t*)buf, strlen(msg))!= HAL_OK)' b/ x- k; [% q7 z ]
{
5 @4 a6 C6 g6 S# W" c4 l
/* Reading process Error */
. }) O! C/ g# Z; v) D
Error_Handler();
V$ y, \! M5 ]0 Z/ r
}
: I# Z( A q. r0 w3 h
4 i4 @. V% M* q" d5 F" y; b( V, ^2 ^
/* Wait for the end of the transfer */ & V( u) V- z2 ]$ h- o, u3 \: ]- L
while (HAL_I2C_GetState(&hi2c1) != HAL_I2C_STATE_READY)) d7 M# U3 g2 L
{7 c, i0 p. L$ i) C [
}
2 ]% p z$ V/ k+ ? u% V

复制代码

根据STD库中用户的反馈，I2C出错的原因主要由几方面造成，一是ST设计的I2C接口，通信过程中一些状态变量及标志位的设置非常严格，如果程序逻辑考虑不周全，会导致I2C停止工作，需要软复位后才能继续；另一方面，I2C接口在处理单个，双字节及多字节传输过程中要分开考虑，进一步将问题复杂化了；还有就是结合具体的I2C设备，不同的时序要求，进一步复杂化了通信过程。

这些问题在HAL库中都得到了很好的解决，为此，HAL库中设计了几种不同类型的API函数供调用。一类是通用的接收和发送函数，这类API函数将I2C接口视为类似于“流对象”，通信时从流对象中接收或发送数据；另一类则是类似于EEPROM之类的特殊存储对象，从这些存储对象中接收或发送数据时，都需要提供一个地址，以便准确定位。使用EEPROM来实验时，我们使用的是第二类API函数。两个主要的API函数原型及参数如下。

/**! R, S5 q' L, y' O' h4 y' R! t) d6 X
* @brief Transmit in master mode an amount of data in non-blocking mode with DMA
, ?: V7 t1 p' t& Z, \
* @param hi2c : Pointer to a I2C_HandleTypeDef structure that contains
- u+ l6 E3 A3 x% M' V% y, O
* the configuration information for the specified I2C.- _8 g" [; ^; c% Z
* @param DevAddress: Target device address
* I* o7 \1 W* f7 z+ B/ Q# {
* @param pData: Pointer to data buffer3 T; A; B+ P" j9 e# r' W. b. v
* @param Size: Amount of data to be sent3 D; q- }' z' p4 c. Y
* @retval HAL status
9 l6 a% T; Q. v
*/
" F- L: O. x- m2 `( o, c
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size)

复制代码

/**
U5 x( ]3 B ]* O( J# z7 v
* @brief Reads an amount of data in non-blocking mode with DMA from a specific memory address.3 e! m" s/ Q, A6 C% K
* @param hi2c : Pointer to a I2C_HandleTypeDef structure that contains, E+ u3 P4 Q1 i& S/ q$ J) W* T
* the configuration information for the specified I2C." ?+ h# n1 `1 I/ }) n
* @param DevAddress: Target device address
1 w- V c- x6 X9 C' y6 S) x1 J
* @param MemAddress: Internal memory address
: j0 q! t; f. t, d; D6 E
* @param MemAddSize: Size of internal memory address
+ ]! p6 _8 ?9 c6 e
* @param pData: Pointer to data buffer
5 ^* l) b4 L4 u2 C' ]0 _
* @param Size: Amount of data to be read
5 Z& C2 j0 u2 \5 N
* @retval HAL status2 ^8 W" U2 T+ l
*/
5 D7 e* }) E' B- u. h
HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Mem_Read_DMA(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint16_t DevAddress, uint16_t MemAddress, uint16_t MemAddSize, uint8_t *pData, uint16_t Size)

复制代码

关于这两个函数的更详细的调用方法及说明，请参考API文档。

注意在具体操作EEPROM的时候，还要注意，EEPROM分字节读写及页面读写两种类型，对HAL API的调用还要进行适当的修改。

由于ST HAL API做了大量的后台工作，上面的代码看起来过于简单了。但实际上API函数在后台做了大量的工作，这不正是我们期待的么！

最后来看看运行结果。

UART打印的写入及读取取结果

QQæªå¾20151108200641.png

逻辑分析仪LA

I2C通信全程，LA分析结果

QQæªå¾20151108200233.png

开始通信，顺序依次是开始信号，地址，EEPROM写入地址，第一个数据字节

QQæªå¾20151108200331.png

字符0x0D, 0x0A, 结束信号。

QQæªå¾20151108200410.png

接收开始，顺序依次是开始信号，地址，EEPROM读取地址，第一个数据字节

QQæªå¾20151108200439.png

读取结束

附工程

eeprom.zip (3.17 MB, 下载次数: 201)

赞收藏 5 评论20 发布时间：2015-11-8 20:18

20个回答

lulongqin 回答时间：2016-5-8 23:06:50

楼主，您好，我利用您的代码测试失败，串口只发送了“Write to EEPROM:和This is a test!”，经测试，程序在运行这部分是发生错误： if(HAL_I2C_Mem_Write_DMA(&hi2c1, EEPROM_ADDRESS, Memory_Address, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t *)(msg + Memory_Address), EEPROM_PAGESIZE) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}；程序直接进入Error_Handler()函数，请问是什么原因呢？我检查了很多地方，还是不行，求指教，非常感谢！（测试环境stm32l476rg+at24c02,后来用了at24c16测试还是失败）

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Inc_brza 回答时间：2015-11-9 00:43:23

对比过硬件IIC和模拟IIC，硬件的IIC直接被模拟IIC给打爆！
1、移植，直接秒杀不用多说
2、效率，IIC的硬件通讯过程中用了太多的访问标志位，实际效率不会增加，一样是让CPU在耗，
所以，效率反而没有模拟IIC高，因为GPIO的反转速率轻松满足IIC的通信速率，所以
模拟IIC照样更胜1筹。
3、复杂性，ST的通病，反而模拟IIC更加把协议变得很直观。
纵上所述，感觉这个硬件IIC就是个鸡肋。

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