STM32单片机I2C编程实战：与外围器件无缝通信，拓展功能

# 1. STM32单片机I2C总线简介

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行通信协议，用于在嵌入式系统中连接多个设备。STM32单片机广泛集成了I2C接口，使其能够与各种I2C外围设备进行通信。

I2C总线采用主从模式，其中一个设备作为主设备，其他设备作为从设备。主设备负责发起通信并控制总线，而从设备仅在被主设备寻址时才响应。I2C总线使用两根信号线：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。

# 2. I2C编程基础

### 2.1 I2C协议与数据传输

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行通信协议，广泛用于连接微控制器和其他设备。它使用两条双向线：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。

I2C协议采用主从模式，其中一个设备（主设备）控制总线并发起通信，而其他设备（从设备）响应主设备的请求。数据传输以字节为单位进行，每个字节由8位组成。

I2C数据传输过程如下：

1. **起始条件：**主设备将SDA线拉低，同时SCL线保持高电平。
2. **设备地址：**主设备发送从设备的7位地址。
3. **读/写位：**主设备发送一个读（0）或写（1）位，指示其想要执行的操作。
4. **数据传输：**如果主设备要写入数据，它将发送数据字节。如果主设备要读取数据，从设备将发送数据字节。
5. **应答：**每个字节传输后，接收设备（主设备或从设备）发送一个应答位（0），表示已成功接收字节。
6. **停止条件：**主设备将SDA线拉高，同时SCL线保持高电平。

### 2.2 STM32单片机I2C硬件配置

STM32单片机集成了I2C外设，用于实现I2C通信。I2C外设的配置步骤如下：

1. **时钟配置：**启用I2C外设时钟。
2. **引脚配置：**配置SDA和SCL引脚为复用功能，连接到I2C外设。
3. **波特率配置：**设置I2C外设的波特率，通常为100 kHz或400 kHz。
4. **模式配置：**选择I2C外设的主设备或从设备模式。

// STM32F103系列I2C初始化函数
void I2C_Init(I2C_TypeDef *I2Cx, uint32_t clock, uint32_t speed)
{
    // 1. 时钟配置
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN; // 启用I2C1时钟

    // 2. 引脚配置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7; // SDA和SCL引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // 3. 波特率配置
    I2Cx->CR2 = clock; // 设置时钟频率

    // 4. 模式配置
    I2Cx->CCR = speed; // 设置波特率
    I2Cx->CR1 |= I2C_CR1_PE; // 启用I2C外设
}

**参数说明：**

* `I2Cx`：I2C外设句柄
* `clock`：I2C外设时钟频率
* `speed`：I2C外设波特率

**逻辑分析：**

此函数首先启用I2C外设时钟，然后配置SDA和SCL引脚为复用功能并连接到I2C外设。接下来，它设置I2C外设的波特率，最后启用I2C外设。

# 3. I2C设备驱动开发

### 3.1 I2C设备驱动框架设计

**设备驱动框架**

STM32单片机I2C设备驱动框架主要包括以下模块：

- **I2C总线控制器驱动**：负责I2C总线底