STM32G030 EEPROM 单字节读写实验任务书
任务名称： 基于 STM32G030 的 I²C EEPROM 单字节读写实验
实验平台： STM32G030F6P6
使用外设： UART、I²C1、EEPROM
开发工具： STM32CubeMX + Keil MDK（或现有 IDE）
工程名称： G030_I2C_EEPROM_Test
任务要求： 独立创建工程，分阶段调试，不直接复制旧工程代码。
一、实验目标
本次实验需要完成以下功能：
- 使用 STM32CubeMX 创建新的 STM32G030F6P6 工程。
- 初始化 UART，实现
printf()串口输出。 - 初始化 I²C1，检测 EEPROM 是否返回 ACK。
- 使用 I²C 向 EEPROM 指定地址写入 1 字节数据。
- 从相同地址读取 1 字节数据。
- 比较写入与读取的数据，并通过串口输出实验结果。
最终目标：
向 EEPROM 的 0x10 地址写入 0x5A，随后读取这个地址。若读回的数据为 0x5A，串口输出 EEPROM TEST PASS。
注意：本任务示例以 24C02 类 EEPROM 为基础。如果实际模块不是 24C02，需要根据实际型号调整设备地址、内部存储地址长度等参数。
二、第一阶段：创建新的 STM32 工程
2.1 创建工程
打开 STM32CubeMX，完成以下操作：
- 新建 MCU 工程。
- 搜索并选择
STM32G030F6P6。 - 将工程命名为
G030_I2C_EEPROM_Test。 - 配置调试接口为
Serial Wire。 - 配置系统时钟，可先使用内部 HSI。
- 配置 UART 和 I²C1 外设。
- 选择所使用的开发环境，生成工程代码。
2.2 UART 配置
根据开发板的实际接线，选择对应的 UART/USART 外设。
推荐参数：
| 参数 | 配置 |
|---|---|
| Mode | Asynchronous |
| Baud Rate | 115200 |
| Word Length | 8 Bits |
| Parity | None |
| Stop Bits | 1 |
| Hardware Flow Control | None |
本阶段仅需要串口发送功能，不需要启用 UART 接收中断。
检查 UART TX 是否连接 USB 转串口模块的 RX，两个设备必须共地。
2.3 I²C 配置
在 CubeMX 中启用 I²C1。
| 参数 | 配置 |
|---|---|
| I²C 外设 | I²C1 |
| 工作模式 | I²C |
| 通信速率 | 100 kHz |
| 地址模式 | 7-bit |
| 中断 | 暂不启用 |
| DMA | 暂不启用 |
I²C SCL、SDA 引脚按照实际硬件连接和 CubeMX 引脚复用配置选择。
EEPROM 模块已带有 I²C 上拉电阻，无需另外添加外部上拉电阻。注意确认模块电源电压与 STM32 的 I/O 电平兼容。
本阶段验收标准
- 工程创建成功。
- 代码无编译错误。
- MCU 可以正常下载并运行程序。
- 可以在 CubeMX 中找到 UART 和 I²C1 初始化配置。
- 保存好
.ioc工程配置文件。
三、第二阶段：UART printf 功能测试
3.1 实验目标
使用 printf() 函数，通过 UART 向电脑串口助手发送文字。
3.2 实验要求
- 在
main.c中添加#include <stdio.h>。 - 参考之前的 UART 实验，实现
printf重定向。 - 在 UART 初始化完成之后执行打印。
- 电脑串口助手设置为
115200、8N1。 - 验证连续输出是否正常。
例如，在主循环中加入：
printf("STM32G030 UART TEST OK\r\n");
HAL_Delay(1000);
printf 重定向参考（以 Keil 使用 fputc 的配置为例，假设选择 USART1）：
int fputc(int ch, FILE *f)
{
uint8_t data = (uint8_t)ch;
HAL_UART_Transmit(
&huart1,
&data,
1,
100
);
return ch;
}
如果使用的是其他串口，需要修改 huart1。如果使用 STM32CubeIDE/GCC，需要根据工程的 C 库配置，选择 _write() 等适用的重定向方式。
3.3 预期串口输出
STM32G030 UART TEST OK
STM32G030 UART TEST OK
STM32G030 UART TEST OK
每隔约 1 秒输出一次。
本阶段验收标准
- 能使用
printf()成功输出英文。 - 串口助手无乱码。
- 能正确显示换行。
- 复位 MCU 后，串口输出可以重新开始。
本阶段通过后，才能进行 EEPROM 的 ACK 测试。
四、第三阶段：I²C EEPROM ACK 测试
4.1 实验目标
通过 STM32 的硬件 I²C1 检查 EEPROM 是否正常响应设备地址。
4.2 基础知识
I²C 从设备具有设备地址。主机发送设备地址后，如果对应的从机存在且准备好通信，它通常会返回 ACK。
例如，对于 A0、A1、A2 全部接地的常见 24C02：
- 7 位设备地址：
0x50 - STM32 HAL 传入的设备地址：
0x50 << 1，即0xA0
注意：ACK 只能证明地址通信正常，不能证明 EEPROM 内部数据读写正确。
4.3 实验要求
学习以下 HAL 函数：
HAL_I2C_IsDeviceReady();
参考调用方式：
HAL_I2C_IsDeviceReady(
&hi2c1,
0x50 << 1,
3,
100
);
需要了解：
&hi2c1的作用是什么？- 为什么设备地址要左移一位？
3代表什么？100代表什么？- 函数成功时返回什么？
4.4 编程任务
- 定义 EEPROM 设备地址。
- 调用
HAL_I2C_IsDeviceReady()。 - 使用
if/else判断返回结果。 - 如果返回
HAL_OK，通过串口输出EEPROM ACK OK。 - 否则输出
EEPROM ACK FAIL。
4.5 预期输出
成功时：
STM32G030 BOOT OK
UART PRINTF OK
EEPROM ACK OK
失败时：
STM32G030 BOOT OK
UART PRINTF OK
EEPROM ACK FAIL
本阶段验收标准
- 新工程可以成功检测 EEPROM ACK。
- 能正确判断函数返回值。
- 能通过
printf()报告设备状态。 - EEPROM 不连接或地址错误时，程序能报告检测失败，而不是假装成功。
五、第四阶段：EEPROM 单字节写入
5.1 实验目标
向 EEPROM 的内部存储地址 0x10 写入数据 0x5A。
5.2 学习内容
学习 HAL 函数：
HAL_I2C_Mem_Write();
理解参数：
| 参数 | 含义 |
|---|---|
hi2c |
I²C 外设句柄 |
DevAddress |
EEPROM 设备地址 |
MemAddress |
EEPROM 内部存储地址 |
MemAddSize |
内部存储地址长度 |
pData |
写入数据的缓冲区指针 |
Size |
写入数据长度 |
Timeout |
通信超时时间 |
对于 24C02，本实验内部存储地址长度使用 I2C_MEMADD_SIZE_8BIT。
5.3 编程要求
定义以下变量：
uint8_t write_data = 0x5A;
uint16_t mem_addr = 0x10;
HAL_StatusTypeDef status;
使用 HAL_I2C_Mem_Write() 完成写入。
写入过程中，需要满足：
- EEPROM 已通过 ACK 检测。
- 向内部地址
0x10写入 1 字节。 - 获取并检查 HAL 函数返回值。
- 使用
printf()输出写入操作结果。 - 等待 EEPROM 内部写入完成。
EEPROM 写入后可能需要几毫秒完成内部编程。本阶段可以先使用 HAL_Delay(10) 进行等待，并通过 HAL_I2C_IsDeviceReady() 再次确认器件就绪。实际写入时间应以 EEPROM 数据手册为准。
5.4 预期输出
EEPROM ACK OK
EEPROM WRITE START
WRITE ADDR = 0x10
WRITE DATA = 0x5A
EEPROM WRITE OK
如果写入失败，应输出：
EEPROM WRITE FAIL
并停止后续正常读回验证，不能继续报告测试成功。
本阶段验收标准
- 可以正确调用 EEPROM 写入函数。
- 能正确判断写入是否成功。
- 能打印写入地址和数据。
- 写入操作完成后，器件能恢复就绪状态。
注意检查 EEPROM 的 WP（写保护）引脚是否处于允许写入的状态。
六、第五阶段：EEPROM 单字节读取及验证
6.1 实验目标
从 EEPROM 的内部地址 0x10 读取一个字节，并检查是否与写入值一致。
6.2 学习内容
学习以下 HAL 函数：
HAL_I2C_Mem_Read();
理解它与 HAL_I2C_Mem_Write() 的区别。
定义接收变量：
uint8_t read_data = 0;
6.3 编程任务
- 确认 EEPROM 写入成功并已就绪。
- 调用
HAL_I2C_Mem_Read()。 - 从内部存储地址
0x10读取 1 字节。 - 判断读取函数是否返回
HAL_OK。 - 使用
printf()打印读取数据。 - 比较
read_data与write_data。 - 相同则输出 PASS，不同则输出 FAIL。
6.4 判断逻辑
参考以下代码：
if (read_data == write_data)
{
printf("EEPROM TEST PASS\r\n");
}
else
{
printf("EEPROM TEST FAIL\r\n");
}
注意：只有在写入、就绪检查和读取操作均成功的前提下，才可以执行最终数据校验并报告 PASS。
6.5 最终预期串口输出
================================
STM32G030 EEPROM TEST
================================
UART PRINTF OK
EEPROM ACK OK
EEPROM WRITE START
WRITE ADDR = 0x10
WRITE DATA = 0x5A
EEPROM WRITE OK
EEPROM READ START
READ ADDR = 0x10
READ DATA = 0x5A
EEPROM READ OK
EEPROM TEST PASS
================================
6.6 附加验证
第一次测试成功之后，完成以下两个测试：
测试 A：修改写入数据
将写入数据从 0x5A 改为 0xA5。
要求读取结果也变为 0xA5，说明读写操作确实生效。
测试 B：断电数据保存
- 向
0x10写入0x5A。 - 关闭电源。
- 修改程序，使启动后只读取 EEPROM，不执行写入。
- 重新下载程序并上电。
- 检查是否还能读取到
0x5A。
如果成功，说明 EEPROM 的非易失性存储功能正常。
注意：不要在 while(1) 中反复写入 EEPROM。建议每次启动仅执行一次写入测试，之后主循环保持空闲，避免无意义地消耗 EEPROM 写入寿命。
七、常见问题与排查
| 现象 | 优先排查 |
|---|---|
| UART 无输出 | 串口引脚、波特率、共地、printf 重定向 |
| UART 输出乱码 | 波特率、时钟设置、串口参数 |
| EEPROM 无 ACK | 设备地址、SCL/SDA、供电、上拉电阻 |
| ACK 正常但写入失败 | WP 引脚、写入函数参数、器件忙状态 |
| 写入正常但读取失败 | 内部地址长度、读取地址、写入等待 |
| 读取数据不一致 | 设备型号、地址、写保护、读写操作顺序 |
八、实验完成标准
只有同时满足以下要求，才认为本次任务完成：
- 使用 STM32CubeMX 新建独立工程。
- UART
printf()输出正常。 - I²C EEPROM ACK 检测成功。
- 成功向 EEPROM 地址
0x10写入0x5A。 - 成功从 EEPROM 地址
0x10读取数据。 - 读回数据与写入数据相同。
- 串口正确输出
EEPROM TEST PASS。 - 修改数据为
0xA5后，验证仍然成功。 - 完成断电保存验证。
九、需要提交的实验成果
- 完整工程： 包括
.ioc和全部工程源码。 - UART 测试截图： 串口助手显示 printf 正常。
- ACK 测试截图： 串口助手显示 EEPROM ACK OK。
- 读写验证截图： 展示写入地址、写入数据、读取数据和 PASS。
- 实验总结： 说明遇到的问题、解决方式和学习收获。
十、思考题
实验结束后，尝试独立回答以下问题：
- I²C 总线为什么需要上拉电阻？
- ACK 与 NACK 分别代表什么？
- 为什么 I²C 7 位设备地址要左移一位？
- EEPROM 的设备地址和内部存储地址有什么区别？
&write_data中的&有什么作用？- 为什么 EEPROM 写入后不能立即假定数据已经保存完成？
- 为什么不能只判断
HAL_I2C_Mem_Write()返回 OK，就直接认定数据一定正确？
本次实验重点：独立完成外设初始化、HAL 函数调用、返回值判断、串口调试和数据校验。