手把手教你实现I2C读写EEPROM代码（零基础适用）

从零开始搞懂I2C读写EEPROM：手把手带你写出稳定可靠的存储代码

你有没有遇到过这样的问题——设备断电后，之前设置的参数全没了？比如Wi-Fi密码要重新输入、屏幕亮度每次都要调一遍。这背后其实缺了一个“记忆”功能。

今天我们就来解决这个问题：用最便宜、最简单的方案，给你的嵌入式系统加上“长期记忆”能力。核心就是——I2C接口的EEPROM芯片。

别被术语吓到。即使你是刚学单片机的新手，也能看懂这篇文章，并亲手实现一套能跑的读写代码。我们不堆概念，只讲实战，一步一步拆解“怎么让MCU通过两根线把数据存进EEPROM”，还会告诉你哪些坑必须避开。

为什么选I2C + EEPROM？

在嵌入式世界里，RAM速度快但断电就丢数据；Flash可以掉电保存，但擦写次数有限、操作复杂。而EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）正好补上了这块短板：

  • 断电不丢数据
  • 支持字节级读写（不像Flash动不动就得擦一页）
  • 写寿命高达10万次
  • 成本极低（一片AT24C02只要几毛钱）

那怎么和MCU通信呢？UART只能点对点，SPI又要占好几个IO口……这时候I2C总线的优势就出来了：

它只需要SDA（数据）和SCL（时钟）两根线，就能挂多个设备，简直是引脚紧张小MCU的救星！

所以，“I2C读写EEPROM”成了很多项目的标配技能。掌握了它，你就离做出一个真正“智能”的小设备不远了。

I2C到底是个啥？先搞明白这三条规则

很多人一开始写I2C代码失败，不是代码错，而是根本没理解协议的本质。我们跳过教科书式的定义，直接说重点。

1. 两根线，开漏输出，必须加上拉电阻

I2C只有两条线：
-SDA：串行数据
-SCL：串行时钟

它们都是开漏输出（Open Drain），意味着芯片只能拉低电平，不能主动输出高电平。因此，必须外接上拉电阻（通常4.7kΩ~10kΩ），靠电阻把电压“拉”上去。

📌常见翻车现场：忘了加上拉电阻 → 总线永远处于低电平 → 通信失败
✅建议做法：PCB设计时，在靠近MCU端各加一个4.7kΩ上拉到VCC

2. 每次通信都有“起始”和“停止”信号

I2C不是一直在线传输，而是以“事务”为单位进行。每个事务都以Start Condition（起始条件）开始，以Stop Condition（停止条件）结束。

  • 起始：SCL为高时，SDA由高变低
  • 停止：SCL为高时，SDA由低变高

中间的数据传输必须在这两个信号之间完成。

还有一个特殊操作叫Repeated Start（重复起始）：在不发Stop的情况下再次发起Start，用于切换读写方向（后面读EEPROM会用到）。

3. 每个字节后必须有一个ACK/NACK应答位

I2C是主从结构，主机控制节奏，但从机也得“说话”。每传完一个字节，接收方要给出一个应答位（ACK）表示“我收到了”。

  • ACK：接收方将SDA拉低
  • NACK：接收方保持SDA为高

如果主机发地址后没收到ACK，说明：
- 设备不存在
- 地址错了
- 总线被占用或短路

这个机制非常重要，是我们调试通信是否正常的第一手依据。

AT24C02：我们的“记忆芯片”长什么样？

市面上最常见的I2C EEPROM就是AT24C系列，比如AT24C02（2Kbit = 256字节）。小巧、便宜、资料多，非常适合入门。

它的DIP-8封装长这样：

┌───┬───┐ A0 │1 └───┘ 8│ VCC A1 │2 7│ SCL A2 │3 6│ SDA GND │4 5│ WP └───────┘

其中几个关键引脚解释一下：
-A0-A2：地址选择引脚，决定设备地址的最后三位
-WP：写保护。接地允许写入，接VCC则只能读
-SDA/SCL：I2C通信线
-GND/VCC：供电

它的地址是怎么算出来的？

AT24Cxx的设备地址有固定格式：

固定前4位A2A1A0R/W
1010

例如，如果你把A0=A1=A2都接地，那么：
- 写地址：1010 0000=0x50
- 读地址：1010 0001=0x51

⚠️ 注意：HAL库中使用的是7位地址，所以传参时要传0x50，而不是0xA0（那是8位左移后的形式）。

动手写代码！四个核心函数全解析

我们现在基于STM32 HAL库来实现完整的EEPROM读写功能。所有代码都可以直接移植到其他平台（如Arduino、ESP-IDF等），只需替换底层I2C调用即可。

1. 写一个字节：最基础的操作

我们要把一个字节写进EEPROM的某个地址，流程如下：

  1. 发起Start
  2. 发送设备写地址（0x50）
  3. 发送内存地址（比如0x0A）
  4. 发送要写的数据（比如0x55）
  5. 等待芯片内部写周期完成（约5ms）
/** * @brief 向EEPROM指定地址写入一个字节 * @param hi2c: I2C句柄指针 * @param device_addr: 设备7位地址（如0x50） * @param mem_addr: 要写入的内存地址（0~255 for AT24C02） * @param data: 要写入的数据 * @retval HAL_StatusTypeDef */ HAL_StatusTypeDef EEPROM_WriteByte(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t device_addr, uint8_t mem_addr, uint8_t data) { uint8_t buffer[2]; buffer[0] = mem_addr; // 先发送目标地址 buffer[1] = data; // 再发送数据 // 使用HAL库发送：设备地址左移1位 + buffer[地址+数据] return HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, device_addr << 1, buffer, 2, 1000); }

📌重点提醒：
-device_addr << 1是因为HAL库要求传入7位地址，硬件会在低位自动补0（写）或1（读）
-写完之后一定要延时至少5ms！否则下一次操作可能失败，因为芯片还在“烧录”数据

使用示例：

HAL_StatusTypeDef status = EEPROM_WriteByte(&hi2c1, 0x50, 0x0A, 0x55); if (status == HAL_OK) { HAL_Delay(5); // 必须等待写完成 } else { Error_Handler(); // 可在这里加入重试逻辑 }

2. 读一个字节：典型的“随机读”流程

读操作稍微复杂一点，因为它需要两个步骤：
1. 先告诉EEPROM：“我要读哪个地址？” → 用写操作设置地址指针
2. 然后发起读操作，获取数据

这就是所谓的“I2C随机读”，需要用到Repeated Start

/** * @brief 从EEPROM指定地址读取一个字节 * @param hi2c: I2C句柄 * @param device_addr: 设备地址（0x50） * @param mem_addr: 内部地址 * @param pData: 存放结果的指针 * @retval HAL_StatusTypeDef */ HAL_StatusTypeDef EEPROM_ReadByte(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t device_addr, uint8_t mem_addr, uint8_t *pData) { HAL_StatusTypeDef status; // Step 1: 发送内存地址（写模式） status = HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, device_addr << 1, &mem_addr, 1, 1000); if (status != HAL_OK) return status; // Step 2: Repeated Start + 读操作 status = HAL_I2C_Master_Receive(hi2c, (device_addr << 1) | 0x01, pData, 1, 1000); return status; }

💡 小技巧：这个过程不需要手动控制“重复起始”，HAL库内部已经处理好了。

3. 连续读多个字节：批量读配置/字符串

有时候你想一口气读出一段数据，比如保存的用户名、校准系数等。这时可以用“当前地址读”或“顺序读”。

原理是：地址指针会自动递增，直到读完指定长度。

/** * @brief 从指定地址连续读取多个字节 * @param hi2c: I2C句柄 * @param device_addr: 设备地址 * @param start_addr: 起始地址 * @param pData: 缓冲区 * @param size: 读取字节数 * @retval HAL_StatusTypeDef */ HAL_StatusTypeDef EEPROM_ReadBuffer(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t device_addr, uint8_t start_addr, uint8_t *pData, uint16_t size) { HAL_StatusTypeDef status; // 先定位地址 status = HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, device_addr << 1, &start_addr, 1, 1000); if (status != HAL_OK) return status; // 再读数据 status = HAL_I2C_Master_Receive(hi2c, (device_addr << 1) | 0x01, pData, size, 1000); return status; }

你可以用它读字符串、结构体甚至小型日志。

4. 页写操作：提升效率的关键优化

虽然可以逐字节写，但频繁发起I2C事务效率很低。AT24C系列支持页写（Page Write），一次最多写入一页数据。

不同型号页大小不同：
- AT24C02：8字节/页
- AT24C64：32字节/页

⚠️大坑警告：如果你跨页写（比如从第30字节写到第35字节），超出部分会回卷到页首！也就是说第32字节会被写到第0字节去！

所以写之前一定要判断边界。

/** * @brief 向EEPROM执行页写操作（不超过单页） * @note 调用者需确保 len <= 当前页剩余空间 */ HAL_StatusTypeDef EEPROM_PageWrite(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t device_addr, uint8_t start_addr, uint8_t *pData, uint8_t len) { uint8_t buffer[32 + 1]; // 最大32字节数据 + 1字节地址 buffer[0] = start_addr; memcpy(buffer + 1, pData, len); return HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, device_addr << 1, buffer, len + 1, 1000); }

📌 实际项目中建议封装一个高级写函数，自动判断是否需要分页：

// 伪代码示意 void EEPROM_WriteData(uint8_t addr, uint8_t *data, uint8_t len) { while (len > 0) { uint8_t page_space = 32 - (addr % 32); // 计算当前页剩余空间 uint8_t chunk = (len > page_space) ? page_space : len; EEPROM_PageWrite(..., addr, data, chunk); HAL_Delay(5); // 每次写后延时 addr += chunk; data += chunk; len -= chunk; } }

实战演练：完整流程演示

下面是一个典型的应用场景：保存并读回一段字符串。

uint8_t tx_data[] = "Hello, EEPROM!"; uint8_t rx_data[16]; // 写入数据（从地址0x10开始） HAL_StatusTypeDef status = EEPROM_PageWrite(&hi2c1, 0x50, 0x10, tx_data, 14); if (status == HAL_OK) { HAL_Delay(5); // 等待写完成 } else { Error_Handler(); } // 读取验证 status = EEPROM_ReadBuffer(&hi2c1, 0x50, 0x10, rx_data, 14); if (status == HAL_OK && memcmp(tx_data, rx_data, 14) == 0) { // 成功！数据一致 }

运行后，你会发现即使断电重启，这段数据依然存在。

工程实践中的那些“坑”与应对策略

你以为写了代码就能一帆风顺？Too young。以下是我们在真实项目中踩过的坑和解决方案。

❌ 问题1：总是返回HAL_ERROR，找不到设备

可能原因：
- 上拉电阻没焊
- 地址配错（A0~A2接法不对）
- SDA/SCL接反
- 电源没供上（尤其是模块板）

🔧排查方法：
- 用万用表测VCC和GND是否正常
- 用逻辑分析仪抓包，看是否有ACK响应
- 尝试扫描I2C总线上所有设备地址

// 简易扫描函数 for (int i = 0; i < 128; i++) { if (HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, i << 1, NULL, 0, 100) == HAL_OK) { printf("Found device at 0x%02X\r\n", i); } }

❌ 问题2：写进去的数据读出来是错的

常见原因：
- 写完没延时，就读了
- 跨页写了导致数据回绕
- 多次快速写没等前一次完成

🔧解决方案：
- 每次写后务必HAL_Delay(5)
- 实现“轮询ACK”方式等待写完成（更高效）

// 替代延时的方法：不断尝试发送设备地址，直到收到ACK为止 HAL_StatusTypeDef EEPROM_WaitReady(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t device_addr, uint32_t timeout_ms) { uint32_t start = HAL_GetTick(); while (HAL_I2C_Master_Transmit(hi2c, device_addr << 1, NULL, 0, 100) != HAL_OK) { if (HAL_GetTick() - start > timeout_ms) { return HAL_TIMEOUT; } } return HAL_OK; }

这样就不必傻等5ms，实际可能2ms就完成了。

✅ 高阶技巧：如何延长EEPROM寿命？

虽说能写10万次，但如果每秒写一次，不到一天就报废了。

推荐做法：
1.RAM缓存 + 定时刷盘：平时改数据只改内存，定时（如每分钟）才写入EEPROM
2.变化才写：比较新旧值，不一样再写
3.磨损均衡：把数据分散写到不同地址，轮流使用，避免某一页被反复擦写

总结：你学到的不只是代码，而是一种思维方式

看到这里，你应该已经能够独立完成I2C读写EEPROM的功能开发了。但我们真正想传递的，远不止这几行代码。

你学会了：
- 如何理解一种通信协议的核心逻辑（起始/停止、ACK、地址机制）
- 如何阅读芯片手册的关键信息（设备地址、页大小、写周期）
- 如何把复杂的操作分解成可复用的函数模块
- 如何在实际工程中规避常见陷阱

这些能力，才是让你从“会抄代码”走向“能独立开发”的关键。

下一步你可以尝试：
- 把结构体数据保存进EEPROM
- 实现带CRC校验的可靠存储
- 在Bootloader中读取配置启动参数
- 用Flash模拟EEPROM（某些MCU没有外置EEPROM）

无论你是做毕业设计的学生、DIY爱好者，还是刚入行的工程师，掌握“I2C读写EEPROM”这项技能，都会让你在嵌入式开发路上走得更稳、更远。

如果你在实现过程中遇到了问题，欢迎在评论区留言交流。我们一起debug，一起进步。

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