我在高职教STM32——I2C通信之读写EEPROM（一）

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大家好，我是老耿，高职青椒一枚，一直从事单片机、嵌入式、物联网等课程的教学。对于高职的学生层次，同行应该都懂的，老师在课堂上教学几乎是没什么成就感的。正是如此，才有了借助头条平台寻求认同感和成就感的想法。在这里，我准备陆续把自己花了很多心思设计的教学课件分享出来，如果您正是一名单片机爱好者或是一名同行，欢迎点赞+关注，各位的支持是本人持续输出的动力，多谢多谢！#30天学会STM32##单片机#

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前面我们详细分析了I2C通信的协议和规范，并编写了驱动程序。接下来我们就该使用这些驱动函数，与开发板上的I2C器件进行通信了。本章我们关注开发板上的AT24C02芯片，它是一个采用了EEPROM工艺的存储器，读写操作通过I2C接口完成。因此从现在开始，I2C这类通用的协议与AT24C02这个具体的存储器就要合体了。不过，大家一定要分清楚，I2C是一种通信协议，有着严密的通信时序逻辑要求，而AT24C02是一个器件，只是这个器件采样了I2C协议的接口与STM32单片机相连而已，二者并没有必然的联系，存储器芯片可以用其它接口，I2C也可以用在其它很多器件上。

【学习目标】

1. 了解常用存储器的类型及其特征
2. 加深对I2C通信时序的理解
3. 领悟I2C驱动与应用的分层理念和相互关联

本章关注如何调用前面编写的I2C驱动程序来完成对AT24C02存储器的读写，为了不让篇幅太长，本章打算分四个部分来讲解，本文是第一部分。

一、浅谈存储器的种类

存储器是计算机系统必备的组成部分，用来存储程序和数据。它是一个庞大的家族，存储技术和制造工艺也是日新月异。限于篇幅，本章不可能把各类存储器的器件特点和工作原理都过一遍，这里仅对一些必要的术语和类型稍作阐述。

图1是依据存储介质特性来分类的，分成了“易失性存储器”和“非易失性存储器”。其中的“易失/非易失”是指存储器断电后，数据是否会丢失的特性。由于一般易失性存储器存取速度快，而非易失性存储器可长期保存数据，所以它们都在计算机系统中占据重要角色。PC机中易失性存储器最典型的代表就是内存条，非易失性存储器的代表则是硬盘。

图1 常用存储器的种类（按存储介质特性分）

1.1 RAM存储器

RAM是Random Access Memory的缩写，被译为随机存储器。所谓随机存取，指的是当存储器中的数据被读取或写入时，所需要的时间与数据所在的存储位置无关。实际上，现在RAM已经专门指代那些作为计算机内存的易失性半导体存储器。

根据RAM的存储机制，又分为动态随机存储器DRAM（Dynamic RAM）以及静态随机存储器SRAM（Static RAM）两种。如图2所示，SRAM中的存储单元相当于一个锁存器，只有0、1两个稳态（当然，如果断电了，数据还是会丢失的）；DRAM则是利用电容存储电荷来保存0和1两种状态，如图3所示，因此需要定时对其进行刷新，否则随着时间的推移，电容其中存储的电荷将逐渐消失。

图2 SRAM存储单元

图3 DRAM存储单元

SRAM比DRAM昂贵的多，但速度更快、功耗极低（特别是在空闲状态）。因此SRAM首选用于带宽要求高，或者功耗要求低，或者二者兼而有之。由于复杂的内部结构，SRAM比DRAM的占用面积更大，因而不适合用于更高储存密度低成本的应用。表1给出了这两类存储器的特性对比。

表1 SRAM与DRAM特性对比

所以在实际应用中，SRAM一般只用于CPU内部的高速缓存（Cache），而外部扩展的内存一般使用DRAM。在STM32系统的控制器中，只有STM32F429型号或更高级的芯片才支持扩展DRAM，其它型号如STM32F1、STM32F2及STM32F407等型号只能扩展SRAM。

1.2 非易失性存储器

非易失性存储器种类非常多，半导体类的有ROM和FLASH，而其它的则包括光盘、硬盘等。

1）ROM存储器

ROM是Read Only Memory的缩写，意为只读存储器。由于技术的发展，后来设计出了可以方便写入数据的ROM，而这个Read Only Memory的名称被沿用下来了，现在一般指代非易失性半导体存储器，包括后面介绍的FLASH存储器，有的地方也把它归到ROM类里边。表2汇总了一些常见的ROM类型及其特点。

表2 常见ROM的种类

2）FLASH存储器

FLASH存储器又称为闪存，它也是可重复擦写的储器，部分书籍会把FLASH 存储器称为FLASH ROM，但它的容量一般比EEPROM大得多，且在擦除时，一般以多个字节为单位。如有的FLASH存储器以4KB为扇区，最小的擦除单位为一个扇区。根据存储单元电路的不同，FLASH存储器又分为NOR FLASH和NAND FLASH，两者对比见表3。

表3 NOR FLASH与NAND FLASH的对比

由于两种FLASH存储器特性的差异，NOR FLASH一般应用在代码存储的场合，如嵌入式控制器内部的程序存储空间。而NAND FLASH一般应用在大数据量存储的场合，包括SD卡、U盘以及固态硬盘等，都是NAND FLASH类型的。

1.3 开发板上的EEPROM

在实际的应用中，保存在单片机RAM中的数据，掉电后就丢失了，保存在单片机的FLASH中的数据，又不能用它来记录变化的数值。但是在某些场合，我们又确实需要记录下某些数据，而它们还时常需要改变或更新，掉电之后数据还不能丢失，比如我们的家用电表度数、电视机里边的频道记忆，一般都是使用EEPROM来保存数据。一般情况下，EEPROM拥有30万~100万次的写入寿命，而读取次数是无限的。

我们板子上的EEPROM器件型号是AT24C02，容量大小为256字节（2Kbits），数据的读写基于I2C通信协议来完成。它与STM32连接的电路如图4所示，大家注意一下图中标记了“Address: 0x50”的字样，这7位二进制数就是该器件在I2C总线上的7位地址。

图4 开发板上AT24C02与STM32连接原理图

图5是AT24C02数据手册中对设备地址的描述，其中高4位地址是固定的1010，而低3位地址取决于具体电路的设计，由芯片上A2、A1、A0这3个引脚的实际电平决定。从图4中可以很明显的看到，这3个引脚都接地为0，因此它在I2C总线上的地址就为0b（0x50）。R/W是读写方向位，与地址无关。

图5 AT24C02的设备地址

（第一部分完，共四部分）