I2C通信原理与实践：在STM32F103C8T6上实现I2C通信

# 1. I2C通信基础**

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，用于连接微控制器和其他设备。它是一种两线式协议，使用时钟线（SCL）和数据线（SDA）进行通信。I2C通信是一种半双工通信，即一次只能有一个设备发送或接收数据。

I2C通信具有以下优点：

- 简单易用：仅需两条线即可实现通信。
- 低成本：I2C接口电路简单，成本低廉。
- 可靠性高：I2C协议具有内置的错误检测机制，确保数据传输的可靠性。
- 广泛应用：I2C广泛应用于各种电子设备中，如传感器、显示器、EEPROM等。

# 2. I2C通信原理**

## 2.1 I2C总线协议

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行通信协议，用于连接多个设备。它是一种半双工协议，一次只能在一个方向上进行通信。I2C总线由两条线组成：数据线（SDA）和时钟线（SCL）。

## 2.2 I2C数据传输格式

I2C数据传输采用字节格式，每个字节由8位数据和1位起始位和停止位组成。起始位为低电平，停止位为高电平。

数据传输的顺序如下：

- 主机发送起始位
- 主机发送设备地址（7位或10位）和读/写标志位
- 从机响应发送应答位
- 主机发送数据（读或写）
- 从机响应发送应答位
- 主机发送停止位

## 2.3 I2C通信时序

I2C通信时序由SCL信号的上升沿和下降沿触发。

**起始条件：**

- SCL为高电平，SDA从高电平变为低电平

**停止条件：**

- SCL为高电平，SDA从低电平变为高电平

**数据传输：**

- SCL为低电平时，SDA由主机或从机控制
- SCL为高电平时，SDA保持稳定

**代码块：**

void i2c_start(I2C_TypeDef *I2Cx)
{
    // 发送起始条件
    I2Cx->CR1 |= I2C_CR1_START;

    // 等待起始条件发送完成
    while (!(I2Cx->SR1 & I2C_SR1_SB));
}

void i2c_stop(I2C_TypeDef *I2Cx)
{
    // 发送停止条件
    I2Cx->CR1 |= I2C_CR1_STOP;

    // 等待停止条件发送完成
    while (!(I2Cx->SR1 & I2C_SR1_AF));
}

**逻辑分析：**

* `i2c_start()`函数发送起始条件，将SDA从高电平变为低电平，同时将SCL保持为高电平。
* `i2c_stop()`函数发送停止条件，将SDA从低电平变为高电平，同时将SCL保持为高电平。

**参数说明：**

* `I2Cx`：I2C外设寄存器结构体指针

**表格：**

| I2C通信时序 | 描述 |
|---|---|
| 起始条件 | SDA从高电平变为低电平，SCL保持高电平 |
| 数据传输 | SDA由主机或从机控制，SCL为低电平 |
| 停止条件 | SDA从低电平变为高电平，SCL保持高电平 |

**流程图：**

graph LR
subgraph I2C通信时序
    起始条件 --> 数据传输 --> 停止条件
end

# 3.1 I2C外设概述

STM32F103C8T6微控制器包含两个I2C外设：I2C1和I2C2。I2C外设是一个串行通信接口，用于与其他I2C设备（如传感器、显示器和EEPROM）进行通信。

I2C外设具有以下主要特性：

- **支持标准模式（100 kbps）和快速模式（400 kbps）**
- **多主模式和从模式**
- **10位从机地址**
- **DMA传输支持**
- **可编程时钟速率**

### 3.2 I2C寄存器结构

I2C外设的寄存器结构包括以下主要寄存器：

| 寄存器 | 描述 |
|---|---|
| CR1 | 控制寄存器 1 |
| CR2 | 控制寄存器 2 |
| OAR1 | 设备地址寄存器 1 |
| OAR2 | 设备地址寄存器 2 |
| DR | 数据寄存器 |
| SR1 | 状态寄存器