通过I2C总线中写一个字节给从设备

强大的腰 · 发表于 2018-7-25 11:19:55

最近开始着手I2C总线，对于程序源码中的一些东西始终不能理解，个人理解，I2C总线作为I2C器件之间的通讯协议，在数据有效性的前提下，先有start()起始信号，然后发送一个从器件地址（AT24C02即为0XA0），然后ACK应答，再发送一个字节地址，再ACK应答，此时前奏已经准备完毕，再次发送的字节即为数据信息，每一个字节信息后都跟一次ACK应答，发送完毕后给一个STOP()停止信号，此为I2C通讯，但是对于字节地址，个人不是很理解，器件地址对于从器件是固定的，但是我以什么为依据来写字节地址？例如我现在要写一个字节的数据给AT24C02，那此字节地址应该是什么？还有源码中的一些代码也没看懂是什么意思

DreamWaterPro · 发表于 2018-7-25 11:19:56

首先说一下基础知识吧，当一个IIC总线中挂了多个器件时，需要用器件地址来指定要进行操作的器件；对于AT24CX系列芯片，由于你想存储或者读取若干个字节的数据，你就得需要告诉这个器件你想要操作的这个字节在什么位置，特殊地对于AT24C02，存储容量为256字节，其对应的字节地址就是0x00~0xff，每个地址对应着一个字节的存储空间。来看看我在数据手册上的截图：
TIM截图20180726083558.png

对于AT24C01，存储容量128字节，地址可以用0x00~0x7f来表示；对于AT24C02，存储容量为256字节，地址可以用0x00~0xff来表示；但是对于容量为512字节的AT2404来说，其地址用一个字节就表示不下了，范围为0x0000~0x01ff.但是根据IIC总线协议，一次性我们都是传8bit也就是一个字节，面对现在9bit的字节地址咋整呢？Atmel公司设计AT24CXX系列芯片的时候，为了使芯片的设备地址可以通过硬件设置，所以留了A0~A2三个引脚，他们对应在设备地址中占了低3bit（不考虑读写控制位）：
TIM截图20180726083710.png

所以我们我们为什么不可以利用这3bit，表示字节地址中超过一字节的部分呢？也就是说，对于AT24C04这样的器件，将其认为是两个AT24C02的组合，通过器件地址中的最低位来指定是哪个虚拟的“AT24C02”在起作用。实际上ATMEL公司也是这样做的，它把这连续的512字节空间分为两个容量为256字节的页（Page,简写为P）,通过设备地址中的最后一位（P0）来指定读写的页：
TIM截图20180726084032.png

同理，对于其他的1024字节、2048字节，所需要的地址分别是10位、11位，其中超过8位的地址部分就都用P0 P1 P2来表示了：
TIM截图20180726084157.png

目前为止我们解决了AT24C16及以下容量芯片的存储问题。那么对于AT24C32这种容量为4096字节，地址为12位的设备怎么办呢？我们的设备地址也没有空余的地方可以利用了，于是ATMEL公司就索性使用两个字节来表示字节地址：
TIM截图20180726084615.png

注意，现在我们如果想对一个字节进行操作，需要发送的内容为设备地址+字节地址高+字节地址低+数据，变成了四个字节了！作为对比，我们看看AT24C16及更低容量芯片的写时序：
TIM截图20180726084831.png

实际上AT24C32和AT24C16的时序是一样的。对于容量更大的AT24C128和AT24C256，在设备地址上略有不同：

图中红框圈出的部分一定要保持bit0。
好了，目前为止我们知道了从AT24C01~AT24C256这8款容量不同的ATMEL家的EEPROM，下面来解答楼主的问题。

问题一：为何要用AT24C02与AT24C16进行比较？
我们可以直观地发现，从AT24C16到AT24C32是一个转变——前者及容量更低的版本使用设备地址（含<=bit字节地址+读写控制位）+字节地址来读写器件上的某一个字节，后者及容量更大的版本则使用设备地址+字节地址高+字节地址低的方式来读写器件上的某一个字节，所以为了使得所写的读写函数能够在所有的ATMEL家EEPROM上都能够进行读写，使用了EE_TYPE来表示器件类型，并且对于不同器件使用不同的读写策略。

问题二：发送器件地址为什么要在0xa0后面加上((writeAddr/256)<<1)?
首先说一下这里的writeAddr，注意是u16型，可以表示最大为64KB的存储空间（当然实际上对于ATMEL家的芯片还用不到这么多），之所以用u16型而不是u8型其实就是为了能够表示超过256字节的地址，这对于目前ATMEL的EEPROM产品来讲是足够的。其次，我觉得这里的程序用到了一个假设，那么就是对于有A0 A1 A2引脚这样的可硬件设置的地址脚，全部接地，否则对于部分器件这个函数将不能够正确工作。第三，这里的writeAddr/256相当于取writeAddr的高8位，后面的writeAddr%256相当于取writeAddr的低8位。
0xa0其实是器件地址的固定部分。注意这个代码的出现的位置，如果执行了这段代码说明EE_TYPE<=AT24C16，也就是说所使用的器件为AT24C01~AT24C16。具体地，对于AT24C01 AT24C02来讲，它的writeAddr中的有效数据不会超过8bit，因此writeAddr/256为0，左移后+0+0xa0还是0xa0，读写位正好也为0（因为左移的时候右侧自动补0的缘故）。对于AT24C04~AT24C16来讲，writeAddr/256后取得的writeAddr高8位中有最多3bit的页地址（P0 P1 P2），这里再左移一位+0xa0就正好组成了他们的“设备地址”，同时左移的补0也正好使得读写控制位为0，表示进行写操作。

问题三：为什么又要对writeAddr%256?
这个操作是取writeAddr的低8位，其实这里就没有什么可以讲的了，高字节部分的地址要么是单独的一个字节发过去了（AT24C32及以上），要么是作为页地址合并在器件地址中发过去了（AT24C04~AT24C16），剩下就只有这个字节地址的低字节部分没有发了。

最后附上相关的数据手册。其实ATMEL公司设计的这个小玩意儿还是很有意思的。
01~16

AT24C16.pdf (444.98 KB, 下载次数: 71)

正点原子 · 发表于 2018-7-26 01:53:25

你应该看24C02数据手册，和24C16数据手册，对比你就知道原因了。

强大的腰 · 发表于 2018-7-26 09:28:40

DreamWaterPro 发表于 2018-7-26 09:12
首先说一下基础知识吧，当一个IIC总线中挂了多个器件时，需要用器件地址来指定要进行操作的器件；对于AT24C ...

感谢大哥带小弟飞！

正点原子 · 发表于 2018-7-27 02:07:24

DreamWaterPro 发表于 2018-7-25 11:19
首先说一下基础知识吧，当一个IIC总线中挂了多个器件时，需要用器件地址来指定要进行操作的器件；对于AT24C ...

谢谢，非常详细

GAOSIY · 发表于 2018-10-17 22:58:48

卧槽，看来翻翻老帖子还是有用的，跟楼主有同样的疑惑

GAOSIY · 发表于 2018-10-17 22:59:26

DreamWaterPro 发表于 2018-7-25 11:19
首先说一下基础知识吧，当一个IIC总线中挂了多个器件时，需要用器件地址来指定要进行操作的器件；对于AT24C ...

大佬领教了，跟楼主有同样的疑惑，在你这里得到答案了，感谢

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