深入理解STM32单片机I2C总线：实现设备互联，提升系统集成度

# 1. STM32 I2C总线简介

**1.1 I2C总线概述**

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行通信协议，广泛用于连接嵌入式系统中的各种外围设备。它采用主从模式，由一个主设备和一个或多个从设备组成。主设备负责发起通信，而从设备负责响应主设备的请求。

**1.2 I2C总线特点**

* **低成本：**I2C总线只需要两根信号线（时钟线SCL和数据线SDA），这使得它在成本方面具有优势。
* **低速：**I2C总线通常以低速（100 kHz至400 kHz）运行，这使得它适用于对实时性要求不高的应用。
* **简单易用：**I2C总线协议简单易懂，这使得它的实现和使用都非常方便。

# 2. STM32 I2C总线硬件原理

### 2.1 I2C总线物理层

#### 2.1.1 总线拓扑和信号

I2C总线采用多主从结构，一个总线上可以连接多个主设备和多个从设备。总线拓扑为总线型，由两条双向信号线组成：

- **SCL (时钟线)**：主设备控制的时钟线，用于同步数据传输。
- **SDA (数据线)**：双向数据线，用于传输数据和控制信号。

#### 2.1.2 时序和协议

I2C总线采用半双工通信方式，即总线上同一时刻只能有一个设备发送数据。数据传输的时序和协议如下：

- **起始条件**：主设备拉低SDA线，同时保持SCL线为高电平。
- **从机地址**：主设备发送从机地址，从机地址由7位地址和一个读/写位组成。
- **数据传输**：主设备和从机之间进行数据传输，主设备可以发送数据到从机（写操作），也可以从从机接收数据（读操作）。
- **停止条件**：主设备拉高SDA线，同时保持SCL线为高电平。

### 2.2 STM32 I2C总线控制器

#### 2.2.1 寄存器结构

STM32 I2C总线控制器包含多个寄存器，用于配置和控制I2C总线。主要寄存器包括：

- **CR1**：控制寄存器，用于使能/禁用I2C总线、配置时钟频率、中断使能等。
- **CR2**：配置寄存器，用于设置从机地址、DMA传输使能等。
- **SR1**：状态寄存器，用于读取总线状态、中断标志等。
- **SR2**：扩展状态寄存器，用于读取总线错误标志等。
- **DR**：数据寄存器，用于发送和接收数据。

#### 2.2.2 中断和DMA

STM32 I2C总线控制器支持中断和DMA传输。中断用于在数据传输完成、总线错误发生等事件时通知CPU。DMA传输用于将数据从/到内存直接传输到/从I2C总线，无需CPU干预，提高数据传输效率。

**代码块：I2C中断配置**

// 使能I2C中断
I2C_ITConfig(I2C1, I2C_IT_TXE | I2C_IT_RXNE, ENABLE);

// 设置中断优先级
NVIC_SetPriority(I2C1_EV_IRQn, 1);
NVIC_SetPriority(I2C1_ER_IRQn, 1);

**逻辑分析：**

- `I2C_ITConfig()`函数使能I2C中断，参数`I2C1`指定I2C总线控制器，`I2C_IT_TXE | I2C_IT_RXNE`指定要使能的I2C中断类型（发送数据中断和接收数据中断）。
- `NVIC_SetPriority()`函数设置中断优先级，参数`I2C1_EV_IRQn`和`I2C1_ER_IRQn`指定I2C中断向量号，参数`1`指定中断优先级（0为最高优先级）。

# 3.1 I2C总线初始化

I2C总线初始化是软件编程中的第一步，它负责配置硬件以支持I2C通信。初始化过程包括以下三个步