STM32F103CBT6 IO软件模拟I2C读写EEPROM 24C02 - 模拟I2C与软件实现
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简介：
本项目介绍如何使用STM32F103CBT6微控制器通过软件模拟I2C协议，进行EEPROM 24C02的读写操作。演示了在没有硬件I2C接口的情况下，利用通用IO口实现高效可靠的I2C通信技术。
STM32F103系列微控制器基于ARM Cortex-M3内核，广泛应用于嵌入式系统设计。24C02是一款常见的I²C接口E2PROM（电可擦可编程只读存储器），常用于存储少量非易失性数据。在某些情况下，由于硬件资源限制或特定的设计需求，我们可能需要通过软件来模拟I²C通信协议与24C02进行数据交互。以下将详细讲解如何在STM32F103上实现软件模拟的I²C读写操作。
一、软件模拟I²C原理
为了使用GPIO引脚控制SCL（时钟）和SDA（数据），从而通过编程方式模拟I²C总线信号，我们可以在STM32F103中配置GPIO端口为推挽或开漏输出模式。在编写代码过程中，必须严格遵循I²C协议的时序规范，包括起始条件、停止条件、应答位和数据传输等。
二、与24C02通信
24C02是一个8位E2PROM，包含256个存储单元（16页，每页16字节），支持标准速I²C协议，并且工作电压范围为2.5V至5.5V。在使用之前需要设置其7位地址，通常选择0xA0或0xA1作为设备地址。与之通信的基本操作包括读取和写入：
1. 写入：发送起始条件→发送设备地址+写操作位→发送寄存器地址→发送数据→等待应答信号→停止传输。
2. 读取：发送起始条件→设置设备地址+写操作位（访问存储位置）→再次启动I²C总线并改变方向为读模式，然后接收数据。
三、STM32F103软件模拟I²C步骤
要实现这一功能需要完成以下任务：
1. 初始化GPIO：配置SCL和SDA引脚，并设置适当的上拉电阻。
2. 设置时钟频率以确保精确控制I²C通信的时序，可以通过HAL库或直接操作寄存器来调整。
3. 编写函数处理起始条件、停止条件、数据传输及应答检测等核心功能。
4. 根据上述读取和写入流程编写具体的操作函数，并调用这些基础I²C协议的实现完成通信任务。
5. 包含错误处理机制，例如超时重试或异常报告。
四、代码实现
通过STM32CubeMX或其他工具配置好GPIO后，可以开发以下关键功能：
- `void I2C_Start(void)`：产生起始信号；
- `void I2C_Stop(void)`：结束传输并生成停止条件；
- `void I2C_WriteByte(uint8_t data)`：发送一个字节的数据；
- `uint8_t I2C_ReadByte(void)`：接收数据同时返回应答状态信息。
- 以及其他辅助函数用于处理各种I²C协议相关操作。
五、应用实例
这里提供了一个简单的写入示例：
```c
void WriteTo24C02(uint8_t addr, uint8_t reg, uint8_t data) {
I2C_Start();
I2C_WriteByte(0xA0); // 设备地址+写模式位
I2C_WaitAck();
I2C_WriteByte(reg); // 寄存器地址
I2C_WaitAck();
I2C_WriteByte(data);
I2C_WaitAck();
I2C_Stop();
}
```
六、注意事项
1. 为了保证I²C时序的准确性，需要优化GPIO延时函数，可通过循环计数或使用定时器来实现纳秒级别的延迟。
2. 在多任务环境中要注意确保对I²C总线的互斥访问以避免数据冲突问题。
3. 确保在读写过程中传输的数据正确无误，并且有适当的错误处理机制。
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