1)实验平台:正点原子ESP32S3开发板
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第十七章 EEPROM实验
本章,我们将介绍如何使用ESP32-S3的硬件IIC协议端口,并实现和24C02之间的双向通信,并把结果显示在SPILCD模块上。本章分为如下几个小节:
17.1 24C02介绍
17.2 AT24C02 C模块解析
17.3 硬件设计
17.4 程序设计
17.5 下载验证
17.1 24C02介绍
24C02是一个2K bit的串行EEPROM存储器,内部含有256个字节。在24C02里面还有一个8字节的页写缓冲器。该设备的通信方式IIC,通过其SCL和SDA与其他设备通信,芯片的引脚图如下图所示。
图17.1.1 24C02引脚图
上图的WP引脚是写保护引脚,接高电平只读,接地允许读和写,我们的板子设计是把该引脚接地。每一个设备都有自己的设备地址,24C02也不例外,但是24C02的设备地址是包括不可编程部分和可编程部分,可编程部分是根据上图的硬件引脚A0、A1和A2所决定。设备地址最后一位用于设置数据的传输方向,即读操作/写操作,0是写操作,1是读操作,具体格式如下图所示。
图17.1.2 24C02设备地址格式图
根据我们的板子设计,A0、A1和A2均接地处理,所以24C02设备的读操作地址为:0xA1;写操作地址为:0xA0。
在前面已经说过IIC总线的基本读写操作,那么我们就可以基于IIC总线的时序的上,理解24C02的数据传输时序。
下面把实验中到的数据传输时序讲解一下,分别是对24C02的写时序和读时序。24C02写时序图如下图所示。
图17.1.3 24C02写时序图
上图展示的主机向24C02写操作时序图,主机在IIC总线发送第1个字节的数据为24C02的设备地址0xA0,用于寻找总线上找到24C02,在获得24C02的应答信号之后,继续发送第2个字节数据,该字节数据是24C02的内存地址,再等到24C02的应答信号,主机继续发送第3字节数据,这里的数据即是写入在第2字节内存地址的数据。主机完成写操作后,可以发出停止信号,终止数据传输。
上面的写操作只能单字节写入到24C02,效率比较低,所以24C02有页写入时序,大大提高了写入效率,下面看一下24C02页写时序图,如下图所示。
图17.1.4 24C02页写时序
在单字节写时序时,每次写入数据时都需要先写入设备的内存地址才能实现,在页写时序中,只需要告诉24C02第一个内存地址1,后面数据会按照顺序写入到内存地址2,内存地址3等,大大节省了通信时间,提高了时效性。因为24C02每次只能8bit数据,所以它的页大小也就是1字节。页写时序的操作方式跟上面的单字节写时序差不多,所以不作过多解释了。参考以上说明去理解页写时序。
说完两种写入方式之后,下图是关于24C02的读时序。
图17.1.5 24C02读时序图
24C02读取数据的过程是一个复合的时序,其中包含写时序和读时序。先看第一个通信过程,这里是写时序,起始信号产生后,主机发送24C02设备地址0xA0,获取从机应答信号后,接着发送需要读取的内存地址;在读时序中,起始信号产生后,主机发送24C02设备地址0xA1,获取从机应答信号后,接着从机返回刚刚在写时序中内存地址的数据,以字节为单位传输在总线上,假如主机获取数据后返回的是应答信号,那么从机会一直传输数据,当主机发出的是非应答信号并以停止信号发出为结束,从机就会结束传输。
17.2 AT24C02 C模块解析
17.2.1 C模块解析
作者将简要介绍正点原子AT24C02 C模块驱动。这个讲解内容会分为几个部分:AT24C02构造函数、读写数据。AT24C02 C模块驱动可在A盘6,软件资料1,软件2,MicroPython开发工具01-Windows2,正点原子MicroPython驱动CModules_LibIIC路径下找到。
1,AT24C02构造函数
- mp_obj_t at24cx_make_new(const mp_obj_type_t *type,size_t n_args,
- size_t n_kw,const mp_obj_t *all_args )
- {
- /* 创建对象的参数 */
- enum
- {
- ARG_iic,
- };
- static const mp_arg_t allowed_args[] = {
- { MP_QSTR_iic, MP_ARG_OBJ | MP_ARG_REQUIRED, {.u_obj = MP_OBJ_NULL} },
- };
- mp_arg_val_t args[MP_ARRAY_SIZE(allowed_args)];
- mp_arg_parse_all_kw_array(n_args, n_kw, all_args,
- MP_ARRAY_SIZE(allowed_args), allowed_args, args);
- /* 创建对象 */
- at24cx_self = m_new_obj(at24cx_obj_t);
- at24cx_self->base.type = &at24cx_type;
- /* 设置对象参数 */
- mp_obj_base_t *at24cx_obj = (mp_obj_base_t*)
- MP_OBJ_TO_PTR(args[ARG_iic].u_obj);
- at24cx_self->iic_obj = at24cx_obj;
- if (at24cx_obj == MP_OBJ_NULL)
- {
- mp_raise_ValueError(MP_ERROR_TEXT("I2C init ???"));
- }
- return MP_OBJ_FROM_PTR(at24cx_self);
- }
复制代码 在上述源代码中,作者创建了一个at24cx对象控制块,并设置了该对象的相关参数。接着,他判断IIC控制块是否为空。如果IIC控制块不为空,则返回at24cx对象控制块。
2,在AT24CXX指定地址读出一个数据
- /**
- * @brief 在AT24CXX指定地址读出一个数据
- * @param addr: 开始读数的地址
- * @retval 读到的数据
- */
- static uint8_t at24cxx_read_one_byte(uint16_t addr)
- {
- esp_err_t ret = 0;
- uint8_t data = 0;
- hw_i2c_obj_t *self = MP_OBJ_TO_PTR(at24cx_self->iic_obj);
- i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
- i2c_master_start(cmd);
- /* 根据不同的24CXX型号, 发送高位地址
- * 1, 24C16以上的型号, 分2个字节发送地址
- * 2, 24C16及以下的型号, 分1个低字节地址 + 占用器件地址的bit1~bit3位
- 用于表示高位地址, 最多11位地址
- * 对于24C01/02, 其器件地址格式(8bit)为: 1 0 1 0 A2 A1 A0 R/W
- * 对于24C04, 其器件地址格式(8bit)为: 1 0 1 0 A2 A1 a8 R/W
- * 对于24C08, 其器件地址格式(8bit)为: 1 0 1 0 A2 a9 a8 R/W
- * 对于24C16, 其器件地址格式(8bit)为: 1 0 1 0 a10 a9 a8 R/W
- * R/W : 读/写控制位 0,表示写; 1,表示读;
- * A0/A1/A2 : 对应器件的1,2,3引脚(只有24C01/02/04/8有这些脚)
- * a8/a9/a10: 对应存储整列的高位地址, 11bit地址最多可以表示2048个位置,
- 可以寻址24C16及以内的型号
- */
- if (EE_TYPE > AT24C16)
- {
- /* 发送写命令 */
- i2c_master_write_byte(cmd, (AT_ADDR<<1)|I2C_MASTER_WRITE, ACK_CHECK_EN);
- /* 发送高地址 */
- i2c_master_write_byte(cmd, addr >> 8, ACK_CHECK_EN);
- }
- else
- {
- /* 送器件地址0XA0,写数据 */
- i2c_master_write_byte(cmd, 0XA0 + ((addr / 256) << 1), ACK_CHECK_EN);
- }
- /* 发送低地址 */
- i2c_master_write_byte(cmd, addr % 256, ACK_CHECK_EN);
- i2c_master_start(cmd);
- i2c_master_write_byte(cmd, (AT_ADDR << 1) | I2C_MASTER_READ, ACK_CHECK_EN);
- i2c_master_read_byte(cmd, &data, NACK_VAL);
- i2c_master_stop(cmd);
- ret = i2c_master_cmd_begin(self->port, cmd, 1000);
- i2c_cmd_link_delete(cmd);
- mp_hal_delay_ms(10);
-
- return data;
- }
复制代码 这里的函数的实现跟前面第17.1小节24C02数据传输中的读时序一致,主机首先调用i2c_master_start函数产生起始信号,然后调用i2c_master_write_byte函数发送第1个字节数据设备写地址,之后等待24Cxx设备返回应答信号;收到应答信号后,继续发送第2个1字节数据内存地址addr;等待接收应答后,重新调用i2c_master_start函数产生起始信号,这一次的设备方向改变了,调用i2c_master_write_byte函数发送设备读地址,然后等待设备返回应答信号,同时使用i2c_master_read_byte去读取从从机发出来的数据。由于i2c_master_read_byte函数的最后形参是NACK_VAL,所以在获取完1个字节的数据后,主机发送非应答信号,停止数据传输,最终调用i2c_master_stop函数产生停止信号,返回从从机addr中读取到的数据。
3,在AT24CXX指定地址写入一个数据
- /**
- * @brief 在AT24CXX指定地址写入一个数据
- * @param addr: 写入数据的目的地址
- * @param data: 要写入的数据
- * @retval 无
- */
- static void at24cxx_write_one_byte(uint16_t addr, uint8_t data)
- {
- esp_err_t ret = 0;
- hw_i2c_obj_t *self = MP_OBJ_TO_PTR(at24cx_self->iic_obj);
- i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
- i2c_master_start(cmd);
-
- if (EE_TYPE > AT24C16)
- {
- /* 发送写命令 */
- i2c_master_write_byte(cmd, (AT_ADDR<<1)|I2C_MASTER_WRITE, ACK_CHECK_EN);
- /* 发送高地址 */
- i2c_master_write_byte(cmd, addr >> 8, ACK_CHECK_EN);
- }
- else
- {
- /* 发送器件地址0XA0,写数据 */
- i2c_master_write_byte(cmd, 0XA0 + ((addr / 256) << 1), ACK_CHECK_EN);
- }
- /* 发送低地址 */
- i2c_master_write_byte(cmd, addr % 256, ACK_CHECK_EN);
- i2c_master_write_byte(cmd, data, ACK_CHECK_EN);
- i2c_master_stop(cmd);
- ret = i2c_master_cmd_begin(self->port, cmd, 1000);
- i2c_cmd_link_delete(cmd);
-
- mp_hal_delay_ms(10);
- }
复制代码 该函数的操作流程跟前面已经分析过的24C02单字节写时序一样,首先调用i2c_master_start函数产生起始信号,然后调用i2c_master_write_byte函数发送第1个字节数据设备地址,等待24Cxx设备返回应答信号;收到应答信号后,继续发送第2个1字节数据内存地址addr;等待接收应答后,最后发送第3个字节数据写入内存地址的数据data,24Cxx设备接收完数据,返回应答信号,主机调用i2c_master_stop函数产生停止信号终止数据传输,最终需要延时10ms,等待EEPROM写入完毕。
我们的函数兼容24Cxx系列多种容量,就在发送设备地址处做了处理,这里说一下为什么需要这样子设计。大家请看一下24Cxx芯片内存组织表,见下表所示。
表17.2.1.1 24Cxx芯片内存组织表
主机发送的设备地址和内存地址共同确定了要写入的地方,这里分析一下24C16的使用的是i2c_master_write_byte(0XA0+((addr>>8)<<1))和i2c_master_write_byte(addr % 256)确定写入位置,由于它内存大小一共2048字节,所以只需要定义11个寻址地址线,2048 = 2^11。主机下发读写命令的时候带了3位,后面再跟1个字节(8位)的地址,正好11位,就不需要再发后续的地址字节了。
而容量大于24C16的芯片,需要单独发送2个字节(甚至更多)的地址,如24C32,它的大小为4096,需要12个寻址地址线支持,4096 = 2^12。24C16是2个字节刚刚好,而它需要三个字节才能确定写入的位置。24C32芯片规定设备写地址0xA0/读地址0xA1,后面接着发送8位高地址,最后才发送8位低地址。与函数里面的操作是一致。
值得注意的是,上述的AT24CXX写数据和读数据都没有使用IIC控制块的收发函数,因为该收发函数无法兼容多种型号判定。因此,作者使用了IDF的API来实现对多种型号的兼容。
4,检查AT24CXX是否正常
- /**
- * @brief 检查AT24CXX是否正常
- * @note 检测原理: 在器件的末地址写如0X55, 然后再读取, 如果读取值为0X55
- * 则表示检测正常. 否则,则表示检测失败.
- * @param 无
- * @retval 检测结果
- * 0: 检测成功
- * 1: 检测失败
- */
- uint8_t at24cxx_check(void)
- {
- uint8_t temp;
- uint16_t addr = EE_TYPE;
- temp = at24cxx_read_one_byte(addr); /* 避免每次开机都写AT24CXX */
- if (temp == 0X55) /* 读取数据正常 */
- {
- return 0;
- }
- else /* 排除第一次初始化的情况 */
- {
- at24cxx_write_one_byte(addr, 0X55); /* 先写入数据 */
- temp = at24cxx_read_one_byte(255); /* 再读取数据 */
- if (temp == 0X55)return 0;
- }
- return 1;
- }
复制代码 每次开机时,都要检测器件是否正常,若读取的数值不为0x55,则系统无法对AT24Cxx器件进行读取操作。
5,在AT24CXX里面的指定地址开始读出指定个数的数据
- /**
- * @brief 在AT24CXX里面的指定地址开始读出指定个数的数据
- * @param addr : 开始读出的地址 对24c02为0~255
- * @param pbuf : 数据数组首地址
- * @param datalen : 要读出数据的个数
- * @retval 无
- */
- void at24cxx_read(uint16_t addr, uint8_t *pbuf, uint16_t datalen)
- {
- while (datalen--)
- {
- *pbuf++ = at24cxx_read_one_byte(addr++);
- }
- }
复制代码 该函数实现了在指定地址读取指定个数的数据。
6,在AT24CXX里面的指定地址开始写入指定个数的数据
- /**
- * @brief 在AT24CXX里面的指定地址开始写入指定个数的数据
- * @param addr : 开始写入的地址 对24c02为0~255
- * @param pbuf : 数据数组首地址
- * @param datalen : 要写入数据的个数
- * @retval 无
- */
- void at24cxx_write(uint16_t addr, uint8_t *pbuf, uint16_t datalen)
- {
- while (datalen--)
- {
- at24cxx_write_one_byte(addr, *pbuf);
- addr++;
- pbuf++;
- }
- }
复制代码 该函数实现了在指定地址写入指定个数的数据。
17.2.2 C模块构造与类的方法
1,atk_at24cx类的构造函数
在 MicroPython 中at24cx对象的构造函数如下:
- class atk_at24cx.init(iic)
- 使用示例:at24cx = atk_at24cx.init(iic)
复制代码 该构造函数的参数描述,如下表所示。
表17.2.2.1 atk_at24cx.init构造函数参数描述
返回值:返回指定引脚的at24cx对象。
2,at24cx类的方法
①:检测设备是否存在。
其函数原型如下:
②:向at24cx设备写数据。
其函数原型如下:
- at24cx.at24cxx_write(addr,str,datalen)
复制代码 该函数的参数描述,如下表所示。
表17.2.2.2 at24cx.at24cxx_write函数参数描述
③:向at24cx设备读数据,返回读取的数据。
其函数原型如下:
- at24cx.at24cxx_read(addr,datalen)
复制代码 该函数的参数描述,如下表所示。
表17.2.2.3 at24cx.at24cxx_read函数参数描述
17.3 硬件设计
1. 例程功能
本章实验功能简介:每按下KEY0,MCU通过IIC总线向24C02写入数据,通过按下KEY1来控制24C02读取数据。同时在SPILCD上面显示相关信息。
2. 硬件资源
1)XL9555
IIC_INT-IO0(需在P5连接IO0)
IIC_SDA-IO41
IIC_SCL-IO42
2)SPILCD
CS-IO21
SCK-IO12
SDA-IO11
DC-IO40(在P5端口,使用跳线帽将IO_SET和LCD_DC相连)
PWR- IO1_3(XL9555)
RST- IO1_2(XL9555)
3)AT24C02
IIC_SDA-IO41
IIC_SCL-IO42
3. 原理图
24C02硬件部分的原理图,如下图所示。
图17.3.1 IIC连接原理
17.4 程序设计
17.4.1 程序流程图
程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程,对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图。
图17.4.1.1 程序流程图
17.4.2 程序解析
本书籍的代码都在main.py脚本下编写的,读者可在光盘资料下找到对应的源码。EEPROM实验main.py源码如下:
- from machine import Pin,SPI,I2C
- import atk_xl9555 as io_ex
- import atk_lcd as lcd
- import atk_at24cx as at24c02
- import time
- """
- * @brief 程序入口
- * @param 无
- * @retval 无
- """
- if __name__ == '__main__':
-
- var1 = 'Hello ALIENTEK ESP32-S3'
- # IIC初始化
- i2c0 = I2C(0, scl = Pin(42), sda = Pin(41), freq = 400000)
- # 初始化XL9555
- xl9555 = io_ex.init(i2c0)
-
- # 复位LCD
- xl9555.write_bit(io_ex.SLCD_RST,0)
- time.sleep_ms(100)
- xl9555.write_bit(io_ex.SLCD_RST,1)
- time.sleep_ms(100)
- # 初始化SPI
- spi = SPI(2,baudrate=80000000, sck=Pin(12), mosi = Pin(11), miso = Pin(13))
- # 初始化LCD,lcd = 0为正点原子2.4寸屏幕;lcd = 1为正点原子1.3寸SPILCD屏幕;
- display = lcd.init(spi,dc=Pin(40,Pin.OUT),cs=Pin(21, Pin.OUT),dir=1,lcd = 0)
- # 开启背光
- xl9555.write_bit(io_ex.SLCD_PWR,1)
- time.sleep_ms(100)
- # 显示实验信息
- display.string(0, 5, 240, 32, 32, "ESP32-S3",lcd.RED)
- display.string(30, 70, 200, 16, 16, "EEPORM TEST", lcd.RED)
- display.string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", lcd.RED)
- display.string(30, 110, 200, 16, 16, "Data:", lcd.RED)
- # 初始化atc02
- at24cx = at24c02.init(i2c0)
- time.sleep_ms(500) # 延时500ms
-
- # 检测设备是否存在
- while at24cx.at24cxx_check():
- print("设备查询未成功!!!")
- time.sleep_ms(500) # 延时500ms
-
- while True:
-
- # 获取按键值
- key = int(xl9555.key_scan())
-
- if key == io_ex.KEY0:
- # 向设备写数据
- at24cx.at24cxx_write(0,var1,len(var1))
- elif key == io_ex.KEY1:
- # 读取数据
- data = str(at24cx.at24cxx_read(0,len(var1)))
- display.string(110, 110, 200, 16, 16, str(data), lcd.BLUE)
- time.sleep_ms(10) # 延时10ms
复制代码 这示例代码通过按键来控制与AT24C02 EEPROM芯片之间的数据交互。它初始化了I2C和SPI接口,以及XL9555芯片和LCD显示屏。然后,它显示一些预设的实验信息,并检测AT24C02设备是否存在以及在无限循环中获取按键值。当KEY0按键被按下时,系统把“Hello ALIENTEK ESP32-S3”数据写入到AT24C02设备的地址当中,当KEY1按键被按下时,系统从AT24C02设备的地址中读取数据,并显示在SPILCD屏幕上。
17.5 下载验证
将程序下载到开发板后,按下KEY0写入数据,然后再按KEY1读取数据,最终SPILCD显示的内容如下图所示。
图17.5.1 IIC实验程序运行效果图 |