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从零开始玩转STM32 + I2C + EEPROM：手把手教你实现可靠数据存储

你有没有遇到过这样的问题？设备调试了好久的参数，一断电就全没了；用户好不容易设置好的偏好，重启后又得重新来一遍。别急——这正是每一个嵌入式开发者都会踩的“掉电丢数据”坑。

解决这个问题的关键，就是非易失性存储。而最简单、最常用、最适合新手入门的方案之一，就是用STM32 的硬件 I2C 接口去读写一个 AT24C 系列的 EEPROM 芯片。

今天我们就来干一票实战：不讲虚的，直接上电、连线、写代码，让你真正搞懂I2C 是怎么和 EEPROM 打交道的，并且掌握一套可以拿去就用的i2c读写eeprom代码模板。

为什么选 I2C + EEPROM？

在嵌入式世界里，保存配置、校准值、运行日志这些小数据，不需要像 Flash 那样整页擦除，也不需要高速访问。这时候，EEPROM 就是黄金搭档。

它有几个杀手级优点：
- ✅ 断电不丢数据
- ✅ 支持字节级读写（不像Flash要先擦再写）
- ✅ 擦写寿命高达百万次
- ✅ 接口简单，I2C 只需两根线

再加上 STM32 几乎都自带 I2C 控制器，软硬件配合成熟，HAL 库也提供了封装好的 API，简直是初学者练手通信协议的绝佳组合。

先搞明白：I2C 到底是怎么通信的？

很多新手卡在第一步——不是不会接线，而是根本没搞清楚 I2C 的“对话逻辑”。

我们不妨把 I2C 想象成两个人打电话：

主角是 MCU（主设备），配角是 EEPROM（从设备）。他们通过两条线联系：SCL 是节奏鼓点（时钟），SDA 是说话通道（数据）。

关键步骤拆解

1. “喂？你在吗？” —— 起始信号
   - SCL 高电平期间，SDA 从高变低 → 启动一次会话。

2. “我是谁？找谁？” —— 发送地址
   - 主机发送 7 位设备地址 + 1 位读/写标志（0=写，1=读）。
   - 比如 AT24C02 的写地址通常是0xA0，读地址是0xA1。

3. “收到请回复！” —— ACK 应答机制
   - 每传完一个字节，接收方必须拉低 SDA 表示确认（ACK），否则就是 NACK。
   - 如果没应答？那可能是芯片没接好、地址错了，或者总线被占用了。

4. “我要写到哪？” —— 内部地址指针
   - 对于 EEPROM 来说，你还得告诉它：“我要操作的是我内部哪个地址？”
   - 所以写之前，先发一个“内存地址”（比如 0x10），然后再发数据。

5. “说完收工。” —— 停止信号
   - SCL 高电平时，SDA 从低变高 → 结束通信。

整个过程就像这样：

Start → [Addr+Write] → ACK → [MemAddr] → ACK → [Data...] → ACK → Stop

读操作稍微复杂点，因为它要分两步走：
1. 先假装写一次，只为了设置地址指针；
2. 再发起新的 Start，切换为读模式，开始拿数据。

这就是所谓的“双阶段传输”，也是很多人第一次写 EEPROM 时失败的根本原因。

AT24C02：你的第一个外部存储芯片

我们以最常见的AT24C02为例（2Kb = 256 字节容量），来看看它的关键特性：

💡注意几个细节：
- 它支持页写，每页 8 字节（某些型号是 16 或 32）。跨页写会导致前面的数据被覆盖！
- 写完一个字节后，芯片要花最多5ms完成内部编程。在这期间你不能再发命令，否则会失败。
- 地址引脚 A0/A1/A2 可以外接高低电平，用来设定设备地址。默认一般接 GND，所以地址是0xA0。

STM32 上的 I2C 怎么配置？别怕，有 HAL！

我们现在用的是STM32F103C8T6（蓝丸板子），开发环境是STM32CubeIDE + HAL 库。一切都为你准备好，只需要关注核心逻辑。

第一步：GPIO 初始化

I2C 引脚必须配置为复用开漏输出 + 上拉电阻。典型接法：
- PB6 → SCL
- PB7 → SDA
外加两个 4.7kΩ 上拉电阻到 3.3V。

CubeMX 自动生成的代码已经帮你搞定，关键是在MX_GPIO_Init()中看到类似配置即可。

第二步：I2C 外设初始化

I2C_HandleTypeDef hi2c1; void MX_I2C1_Init(void) { hi2c1.Instance = I2C1; hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000; // 100kbps，标准模式 hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2; hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0x00; hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT; hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE; hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE; hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE; if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK) { Error_Handler(); } }

📌 解释几个重点：
-ClockSpeed = 100000：安全起见先跑 100kHz，等稳定后再尝试 400kHz。
-AddressingMode = 7BIT：绝大多数 EEPROM 使用 7 位地址模式。
-NoStretchMode = DISABLE：允许从机拉长时钟（clock stretching），这对 EEPROM 写入很重要！

初始化完成后，可以用HAL_I2C_IsDeviceReady()测试设备是否存在：

if (HAL_I2C_IsDeviceReady(&hi2c1, 0xA0, 1, 100) == HAL_OK) { printf("EEPROM detected!\n"); } else { printf("EEPROM not responding.\n"); }

这个函数会连续尝试发送地址并等待 ACK，最多重试 1 次，超时 100ms。很实用的小工具。

核心功能封装：让 i2c读写eeprom代码 更优雅

与其每次都手动拼接地址和数据，不如封装两个通用函数：写和读。

✅ 写入函数：向指定地址写数据

#define EEPROM_ADDR_WRITE 0xA0 /** * @brief 向EEPROM指定地址写入多个字节（自动处理页边界） * @param MemAddress: 要写入的内部地址（0~255） * @param pData: 数据缓冲区 * @param Size: 字节数 * @retval HAL_StatusTypeDef */ HAL_StatusTypeDef EEPROM_Write(uint16_t MemAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size) { return HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, EEPROM_ADDR_WRITE, MemAddress, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, pData, Size, 1000); // 超时1秒 }

✔️ 这个函数背后做了什么？
- 自动发送起始条件
- 发送设备地址（带写标志）
- 发送内存地址（8位）
- 连续发送数据
- 最后发停止信号

简洁吧？一行搞定。

但记住：每次写完必须延时至少 5ms，等芯片完成内部写入！

HAL_Delay(10); // 保险起见延时10ms

✅ 读取函数：从指定地址读数据

/** * @brief 从EEPROM读取数据 * @param MemAddress: 起始地址 * @param pData: 接收缓冲区 * @param Size: 读取字节数 * @retval HAL_StatusTypeDef */ HAL_StatusTypeDef EEPROM_Read(uint16_t MemAddress, uint8_t *pData, uint16_t Size) { return HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, EEPROM_ADDR_WRITE, MemAddress, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, pData, Size, 1000); }

🔍 注意：虽然名字还是EEPROM_ADDR_WRITE，但 HAL 库会在内部自动切换为读操作。这是HAL_I2C_Mem_Read的设计逻辑：用写地址发起调用，实际执行两次传输。

底层流程如下：
1. Start → [0xA0] → [addr] → Stop （设置地址指针）
2. Start → [0xA1] → 接收数据 → 最后一个字节前发 NACK → Stop

完全符合手册要求，省心。

实战演练：写入 “Hello” 并读回来

现在让我们把上面所有内容串起来，在main()函数中测试：

int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_I2C1_Init(); uint8_t tx_data[] = "Hello"; uint8_t rx_data[6] = {0}; // Step 1: 写入数据到地址 0x10 if (EEPROM_Write(0x10, tx_data, 5) == HAL_OK) { HAL_Delay(10); // 等待写周期完成 printf("✅ Write success! Data saved at 0x10\n"); } else { printf("❌ Write failed!\n"); } // Step 2: 读取验证 if (EEPROM_Read(0x10, rx_data, 5) == HAL_OK) { rx_data[5] = '\0'; // 加字符串结束符 printf("📊 Read data: %s\n", rx_data); } else { printf("❌ Read failed!\n"); } // Step 3: 心跳灯表示系统正常运行 while (1) { HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin); HAL_Delay(500); } }

🎯 输出预期：

✅ Write success! Data saved at 0x10 📊 Read data: Hello

如果一切顺利，恭喜你，已经打通了 STM32 与外部存储之间的任督二脉！

常见坑点 & 调试秘籍

别以为写完就能一次成功。以下是新手最容易栽跟头的地方：

❌ 问题1：总是返回 HAL_ERROR 或 HAL_TIMEOUT

可能原因：
- 接线错误（SCL/SDA 接反？）
- 没加上拉电阻（或阻值太大/太小）
- 地址不对（检查 A0-A2 引脚电平）
- 电源不稳（加 0.1μF 去耦电容）

🔧调试建议：
- 用万用表测电压是否正常（VCC ≈ 3.3V）
- 示波器看 SCL/SDA 波形是否有起始/停止信号
- 用HAL_I2C_IsDeviceReady()先探测设备是否存在

❌ 问题2：写进去的数据读出来是乱码或 0xFF

常见陷阱：
- 写完没有等够时间（<5ms），下一条指令就来了
- 跨页写未分包（例如从第7字节写10个字节，结果前3个被覆盖）

🛠️ 解决方案：
- 写操作后务必HAL_Delay(10)
- 若需大批量写，按页大小拆分成多次调用

❌ 问题3：程序卡死在 HAL_I2C 函数里

大概率是总线锁死：某个设备没释放 SDA/SCL，导致主机无法启动新通信。

🧠急救方法：
手动模拟 9 个时钟脉冲，唤醒从机：

// 当检测到总线忙且无法恢复时调用 void I2C_Bus_Recovery(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; // 切换引脚为推挽输出模式 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET); // SCL = 1 for (int i = 0; i < 9; i++) { HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_RESET); HAL_Delay(1); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(1); } // 恢复为 I2C 复用模式 MX_I2C1_Init(); }

工程进阶思路：不止于“能用”

当你已经能让 EEPROM 正常工作后，可以考虑以下优化方向：

🔹 添加缓存机制

频繁写 EEPROM 不仅慢，还会缩短寿命。可以在 RAM 中维护一份缓存，只在必要时才刷入。

🔹 实现磨损均衡（Wear Leveling）

如果你要记录日志类数据，不要总往同一个地址写。可以用循环缓冲区的方式分散写入位置。

🔹 封装为 KV 存储接口

定义简单的eeprom_save(key, value)和eeprom_load(key)接口，让应用层无需关心地址管理。

🔹 支持 CRC 校验

在写入数据的同时附加 CRC，读取时验证完整性，防止因干扰导致数据损坏。

总结一下：你现在掌握了什么？

通过这篇教程，你应该已经能够：
- ✅ 理解 I2C 通信的基本流程与 ACK 机制
- ✅ 正确连接并初始化 STM32 的硬件 I2C 接口
- ✅ 使用 HAL 库实现对 AT24C02 的字节读写
- ✅ 编写出完整的i2c读写eeprom代码并用于项目原型
- ✅ 识别并排查常见的通信故障

更重要的是，你不再只是“复制粘贴代码”的人，而是真正理解了每一步背后的原理。

下一步，你可以尝试：
- 换成更大容量的 AT24C64（需要 16 位地址）
- 把 RTC 时间存进 EEPROM 实现掉电记忆
- 结合按键和 OLED 屏做一个可保存设置的小工具

🔧关键词回顾：i2c读写eeprom代码、I2C通信协议、EEPROM数据存储、STM32 I2C、AT24C02、非易失性存储、HAL库、字节写入、页写操作、硬件I2C模块、起始条件、ACK应答、存储器地址、I2C初始化、读写时序。

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