STM32单片机C语言I2C通信：掌握I2C协议、配置和数据传输

# 1. I2C通信简介**

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，广泛应用于嵌入式系统中连接不同设备。它是一种半双工通信，使用两条信号线（SDA和SCL）进行数据传输。I2C协议具有以下特点：

* **低成本：**仅需两条信号线，无需额外的时钟线。
* **简单易用：**协议简单，易于实现和使用。
* **低功耗：**采用低压电平，功耗较低。
* **多主从：**支持多主设备和多从设备同时连接。

# 2. STM32单片机I2C硬件配置**

**2.1 I2C引脚配置**

STM32单片机上的I2C引脚通常为两根：SDA（数据线）和SCL（时钟线）。在配置I2C引脚时，需要将这两根引脚设置为复用功能，并连接到相应的I2C外设。

**代码块：**

// I2C引脚配置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_OD;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FAST;
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF4_I2C1;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

**逻辑分析：**

该代码块配置了PB6和PB7引脚作为I2C1外设的SDA和SCL引脚。

* `GPIO_MODE_AF_OD`：将引脚设置为复用推挽输出模式。
* `GPIO_PULLUP`：启用引脚上拉电阻。
* `GPIO_SPEED_FAST`：将引脚速度设置为快速模式。
* `GPIO_AF4_I2C1`：将引脚复用为I2C1外设功能。

**2.2 I2C时钟配置**

I2C时钟由STM32单片机内部的APB1时钟源提供。在配置I2C时钟时，需要设置I2C外设的时钟分频系数，以获得所需的I2C通信速率。

**代码块：**

// I2C时钟配置
RCC_I2CCLKConfig(RCC_I2C1CLK_APB1);

**逻辑分析：**

该代码块将I2C1外设的时钟源设置为APB1时钟。APB1时钟的频率通常为系统时钟频率的2倍。

**2.3 I2C中断配置**

I2C外设支持中断功能，可以用于处理I2C通信过程中发生的事件。在配置I2C中断时，需要设置中断优先级和使能中断。

**代码块：**

// I2C中断配置
HAL_NVIC_SetPriority(I2C1_EV_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(I2C1_EV_IRQn);

**逻辑分析：**

该代码块设置了I2C1外设的事件中断优先级为0，并使能了中断。事件中断用于处理I2C通信过程中发生的事件，如传输完成、接收完成等。

# 3. STM32单片机I2C软件编程

### 3.1 I2C初始化

I2C初始化是I2C通信的基础，主要包括以下步骤：

- **配置I2C时钟源和时钟频率：**
- STM32单片机支持多种时钟源，如APB1、APB2等。时钟频率可以根据实际需要配置，一般设置为100kHz或400kHz。
- 初始化代码：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);
I2C1->CR2 = 100000; // 设置时钟频率为100kHz

- **配置I2C模式：**
- STM32单片机支持标准模式和快速模式两种I2C模式。标准模式速率为100kHz，快速模式速率为400kHz。
- 初始化代码：

I2C1->CCR = 0x10; // 设置标准模式

- **配置I2C地址：**
- I2C设备都有一个唯一的地址，用于识别设备。
- 初始化代码：

I2C1->OAR1 = 0x12; // 设置设备地址为0x12

- **使能I2C外设：**
- 初始化代码：

I2C1->CR1 |= I2C_CR1_PE; // 使能I2C外设

### 3.2 I2C数据传输

I2C数据传输主要分为以下几个步骤：

- **启动传输：**
- 初始化代码：

I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START; // 发送启动信号

- **发送设备地址：**
- 初始化代码：

I2C1->DR = 0x12; // 发送设备地址

- **发送数据：**
- 初始化代码：

I2C1->DR = 0x01; // 发送数据

- **停止传输：**
- 初始化代码：

I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP; // 发送停止信号

### 3.3 I2C中断处理

I2C中断处理主要包括以下几个方面：

- **配置I2C中断：**
- 初始化代码：

NVIC_EnableIRQ(I2C1_EV_IRQn