如何用C语言编写I2C读写EEPROM代码？小白指南

手把手教你用C语言实现I2C读写EEPROM——从原理到实战

你有没有遇到过这样的问题：设备断电后，用户设置全没了？校准参数每次都要重新输入？这其实是缺少一个可靠的“记忆体”。在嵌入式系统中，EEPROM就是那个能记住关键数据的小能手。而连接它的常用方式，正是简洁高效的I2C通信协议。

今天，我们就来彻底搞懂：如何用C语言写出稳定可靠的I2C读写EEPROM代码。不讲空话，不堆术语，带你从底层时序一步步搭建出可运行的驱动程序，哪怕你是单片机新手，也能照着做出来。

为什么是I2C + EEPROM？

先别急着敲代码，咱们得明白：为什么这个组合如此常见？

想象一下，你的智能温控器需要记住用户的温度偏好、设备编号和最后一次工作状态。这些数据不能丢，断电也得保存——这就轮到非易失性存储器出场了。Flash可以，但擦除单位太大；SRAM速度快，但一断电就清零。这时候，EEPROM的优势就凸显出来了：

• 容量适中（几百字节到几十KB）
• 按字节读写，灵活方便
• 写入简单，无需块擦除
• 寿命长，可达百万次擦写

再看接口。如果为每个外设都拉一组SPI或并行总线，MCU的IO很快就耗尽了。而I2C只需要两根线（SDA和SCL），就能挂多个设备，布线干净，成本低。因此，像AT24C系列这类I2C接口的EEPROM芯片，成了小数据存储的首选。

✅一句话总结：
I2C省IO，EEPROM断电不丢数据——两者结合，完美解决嵌入式系统中的“记忆”需求。

I2C通信到底怎么工作？一张图说清楚

很多人学I2C卡在“时序”上，觉得复杂。其实核心逻辑非常清晰：主机控制时钟，发起通信，通过地址找设备，然后收发数据。

总线结构与信号线

I2C只有两条线：
-SDA：串行数据线，双向传输
-SCL：串行时钟线，由主机提供

所有设备都并联在这两条线上，靠地址区分彼此。典型的7位地址支持128个设备（实际可用约110多个，部分被保留）。

这两条线都是开漏输出，必须接上拉电阻（通常4.7kΩ），才能保证高电平有效。这也是很多初学者接了芯片却通信失败的首要原因——忘了加上拉！

一次完整的读操作长什么样？

以从EEPROM读取一个字节为例，流程如下：

[起始] → [发设备地址+写] → [发内存地址] → [重复起始] → [发设备地址+读] → [接收数据+NACK] → [停止]

注意中间有个“重复起始”（Repeated Start），它和“先停再启”不同，能防止其他主设备抢占总线。

整个过程就像你去图书馆借书：
1. 走到服务台说：“我要借书”（起始）
2. 告诉管理员你要哪本书：“《深入理解计算机系统》”（发送设备地址）
3. 再说明具体信息：“作者Randal E. Bryant”（发送内存地址）
4. 然后切换请求：“现在请把这本书给我”（重复起始 + 读命令）
5. 最后拿到书合上盖子离开（接收数据 + 停止）

每一步之后，对方都会给你一个“OK”信号，这就是ACK应答。如果没收到ACK，说明设备没响应，可能是地址错了或者没供电。

AT24C02：我们的实验主角

我们以最常用的AT24C02为例展开讲解。它是Microchip出品的经典I2C EEPROM芯片，2Kbit容量，即256字节，组织成32页×8字节。

关键特性一览

它有三个地址引脚 A0/A1/A2，通过接地或接电源设置设备地址，允许多片级联在同一总线上。默认情况下，若全部接地，则其7位地址为0b1010000（0x50），加上R/W位后变为：
- 写地址：0xA0
- 读地址：0xA1

⚠️坑点提醒：
- 写完一个字节后，芯片内部要花最多5ms完成写入。在此期间，它不会响应任何新的I2C请求！所以每次写操作后必须加延时。
- 页写不能跨页。例如AT24C02每页8字节，如果你从地址0x07开始写3个字节，第三个字节会回卷到0x00，造成数据错乱。

C语言实现：从GPIO模拟I2C开始

为了让你真正理解底层机制，我们采用GPIO模拟I2C时序的方式编程。这种方式虽然效率不如硬件I2C模块，但胜在通用性强，适用于STM32、51单片机、AVR等各种平台。

我们将以51单片机为例（如STC89C52），使用P1.0作为SDA，P1.1作为SCL。

第一步：基础配置与延时函数

#include <reg52.h> #include <intrins.h> // 提供_nop_()内联函数 // 定义I2C引脚 sbit SDA = P1^0; sbit SCL = P1^1; // EEPROM设备地址（A0=A1=A2=0） #define EEPROM_ADDR_WRITE 0xA0 #define EEPROM_ADDR_READ 0xA1 // 微秒级延时（根据晶振频率调整） void delay_us(unsigned char n) { while (n--); } // 毫秒级延时 void delay_ms(unsigned int n) { unsigned int i, j; for (i = 0; i < n; i++) for (j = 0; j < 110; j++); }

📌说明：这里的延时函数是粗略估算，实际项目中建议使用定时器精确控制。但对于教学目的，足够用了。

第二步：实现I2C基本时序函数

起始信号（Start Condition）

void i2c_start(void) { SDA = 1; _nop_(); SCL = 1; _nop_(); // 确保总线空闲 SDA = 0; _nop_(); // SDA下降沿，SCL高 → 起始 SCL = 0; }

停止信号（Stop Condition）

void i2c_stop(void) { SDA = 0; _nop_(); SCL = 1; _nop_(); // SCL上升沿时SDA低 SDA = 1; _nop_(); // SDA上升沿，SCL高 → 停止 }

发送一个字节 + 等待ACK

void i2c_send_byte(unsigned char byte) { unsigned char i; for (i = 0; i < 8; i++) { SCL = 0; _nop_(); if (byte & 0x80) SDA = 1; else SDA = 0; _nop_(); SCL = 1; _nop_(); // 上升沿锁存数据 SCL = 0; byte <<= 1; } // 释放SDA，等待从机拉低应答 SCL = 1; _nop_(); while (SDA); // 等待ACK（SDA被拉低） SCL = 0; }

⚠️ 注意：这里用while(SDA)等待ACK，是一种简化做法。更健壮的做法应加入超时判断，避免死循环。

接收一个字节（可选ACK/NACK）

unsigned char i2c_read_byte(unsigned char ack) { unsigned char i, byte = 0; SDA = 1; // 释放总线，允许从机输出 for (i = 0; i < 8; i++) { byte <<= 1; SCL = 1; _nop_(); if (SDA) byte |= 0x01; SCL = 0; _nop_(); } // 发送ACK/NACK SCL = 0; _nop_(); if (ack) SDA = 0; // ACK: 主机拉低SDA else SDA = 1; // NACK: 主机释放SDA _nop_(); SCL = 1; _nop_(); // 时钟上升沿发送应答 SCL = 0; return byte; }

📌技巧：最后一个字节通常发NACK，告诉从机“我不再要数据了”，然后主机立即发STOP。

第三步：封装EEPROM专用读写函数

单字节写入

void eeprom_write_byte(unsigned char addr, unsigned char data) { i2c_start(); i2c_send_byte(EEPROM_ADDR_WRITE); // 发送器件地址（写） i2c_send_byte(addr); // 指定内存地址 i2c_send_byte(data); // 写入数据 i2c_stop(); delay_ms(10); // 必须等待写周期完成！ }

📌重点强调：delay_ms(10)不是可选项！这是确保数据写入成功的关键步骤。

单字节读取

unsigned char eeprom_read_byte(unsigned char addr) { unsigned char data; i2c_start(); i2c_send_byte(EEPROM_ADDR_WRITE); i2c_send_byte(addr); // 设置读地址 i2c_start(); // 重复启动 i2c_send_byte(EEPROM_ADDR_READ); data = i2c_read_byte(0); // 读取并发送NACK i2c_stop(); return data; }

连续读取多字节（顺序读）

void eeprom_read_buffer(unsigned char start_addr, unsigned char *buffer, unsigned char len) { unsigned char i; i2c_start(); i2c_send_byte(EEPROM_ADDR_WRITE); i2c_send_byte(start_addr); i2c_start(); i2c_send_byte(EEPROM_ADDR_READ); for (i = 0; i < len; i++) { if (i == len - 1) buffer[i] = i2c_read_byte(0); // 最后一字节NACK else buffer[i] = i2c_read_byte(1); // 中间字节ACK } i2c_stop(); }

这种模式利用了EEPROM内部地址自动递增的功能，非常适合批量加载配置参数。

第四步：主函数测试示例

void main(void) { unsigned char val; unsigned char buf[2]; delay_ms(100); // 上电延时，确保电源稳定 // 写入测试数据 eeprom_write_byte(0x00, 0x55); eeprom_write_byte(0x01, 0xAA); delay_ms(10); // 读取验证 val = eeprom_read_byte(0x00); // 应返回0x55 val = eeprom_read_byte(0x01); // 应返回0xAA // 批量读取 eeprom_read_buffer(0x00, buf, 2); while (1); // 结束 }

💡调试建议：可在读取后通过串口打印结果，或点亮LED指示成功与否。

实战避坑指南：那些年我们踩过的雷

即使代码看起来没问题，实际调试中仍可能失败。以下是高频问题及解决方案：

📌进阶技巧：
- 加入CRC校验，提高数据可靠性
- 使用双区域备份，防止单次写坏导致系统崩溃
- 将版本号、校验和放在固定地址，便于启动自检

这套代码能用在哪？

掌握了这套基础框架，你可以轻松扩展应用到以下场景：

• ✅ 存储Wi-Fi密码、MQTT服务器地址等物联网配置
• ✅ 记录设备运行次数、故障码历史
• ✅ 保存传感器出厂校准系数
• ✅ 实现用户界面的主题、亮度偏好记忆
• ✅ 构建小型日志系统（配合时间戳）

更重要的是，这套模拟I2C的思想可以迁移到其他无硬件I2C模块的MCU上，甚至用于驱动OLED、RTC（DS1307）、温度传感器（TMP102）等各类I2C设备。

写在最后：不只是学会一个功能

当你亲手实现了I2C读写EEPROM，你收获的不仅是几行代码，而是对嵌入式系统底层通信机制的理解能力。

你会发现，原来“协议”并不是神秘的黑盒，而是由一个个电平变化组成的确定流程；你会开始关注时序、ACK、地址匹配这些细节；你会更有信心去阅读数据手册，而不是依赖现成库。

而这，正是成为一名合格嵌入式工程师的第一步。

如果你正在学习STM32，下一步不妨尝试将这段代码移植过去，改用硬件I2C外设（如I2C1），体验DMA+中断方式的高效读写。技术之路，就是这样一步步走出来的。

如果你在实现过程中遇到了问题，欢迎留言交流。一起debug，才是最好的学习方式。