STM32 I2C时序掌控术


# 摘要
I2C通信协议作为微控制器与外围设备间通信的重要手段，在嵌入式系统设计中占据着核心地位。本文首先介绍了I2C通信协议的基础知识，然后详细探讨了STM32微控制器如何与I2C协议对接，包括硬件抽象层的初始化、数据传输机制以及中断处理的实现。在实践部分，本文通过基础的读写操作到高级功能实现，逐步展开STM32 I2C通信的编程实践，同时提供实例演练，确保读者能够理解和掌握实际应用中的交互方法。此外，本文还对I2C通信中的时序问题进行了深入分析，并提供了相应的优化策略和系统级问题的解决方案。最后，文章通过具体案例研究，展示了STM32与I2C设备集成的实际应用场景，包括物联网应用中的实践，并分享了相关经验教训，为高效系统设计提供参考。

# 关键字
I2C通信协议；STM32；接口实现；数据传输；时序问题；物联网应用

参考资源链接：[总结stm32 的 i2c的缺陷与使用](https://wenku.csdn.net/doc/6401acb8cce7214c316ece30?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. I2C通信协议基础

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种多主机的串行通信协议，广泛应用于微控制器与各种外围设备之间的短距离通信。它允许设备以较低的成本实现简单、快速的近距离通信。I2C工作于主从模式，支持多主机系统，通过两条线（串行数据线SDA和串行时钟线SCL）实现数据的双向传输。其核心优势在于硬件连接简单和扩展性好，可同时连接多个从设备，每个从设备有一个独特的地址，通过地址进行识别和通信。

在深入STM32与I2C协议的接口之前，我们首先需要了解I2C的基础工作原理，如数据帧格式、地址识别、起始和停止条件等。这些都是设计有效I2C通信系统所不可或缺的。

接下来，让我们探索STM32对I2C协议的支持以及如何初始化硬件接口，并设置通信参数来适应我们的应用需求。

# 2. STM32与I2C协议的接口

## 2.1 STM32的I2C硬件抽象层

STM32微控制器系列提供了多个硬件抽象层(HAL)库，用于简化硬件接口的使用。其中，I2C接口被广泛用于各种外部设备，如传感器、EEPROM等。要使用STM32的I2C功能，开发者首先需要了解硬件抽象层中I2C的初始化和配置。

### 2.1.1 I2C硬件接口的初始化

在初始化STM32的I2C接口时，需要执行以下步骤：

1. **选择I2C实例**：STM32有多个I2C实例，首先需要选择要使用的实例。
2. **配置GPIO**：将微控制器上的GPIO引脚配置为I2C功能模式，以便能够发送和接收I2C信号。
3. **初始化I2C参数**：设置I2C的速率、地址模式、时钟极性和相位等参数。
4. **启用I2C接口**：通过软件指令启动I2C接口，使之能够进行数据传输。

在STM32的HAL库中，初始化和配置通常通过一系列函数调用来完成。以下是一个典型的I2C初始化代码示例，展示了如何通过HAL库设置STM32的I2C：

/* I2C初始化函数 */
void MX_I2C1_Init(void)
{
  hi2c1.Instance = I2C1;
  hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000; // 设置I2C速率
  hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

### 2.1.2 配置I2C通信参数

正确配置I2C通信参数是保证通信稳定性的关键。I2C接口的配置包括：

- **时钟速率**：根据I2C设备的要求来设置，常见的速率为100kHz或400kHz。
- **时钟极性和相位**：配置为I2C设备兼容的模式。
- **地址模式**：选择是7位还是10位地址模式。
- **主机或从机模式**：设置I2C为工作在主机模式还是从机模式。

配置这些参数的具体代码实现方式类似上述初始化代码。开发者需要根据硬件手册和I2C设备的技术规格来正确设置这些参数。

## 2.2 I2C数据传输机制

I2C作为一种串行通信协议，其数据传输机制涉及数据帧格式和时序规则。理解这些机制对于开发可靠的应用程序至关重要。

### 2.2.1 数据帧格式和时序规则

I2C使用起始条件、地址字节、读/写位、应答位、数据字节、停止条件等元素构成基本的数据帧格式。每个字节之后通常会有一个应答位，用来指示接收方是否准备好接收下一个字节。

数据传输过程中的时序规则是指数据在I2C总线上传输的速率和时间控制。I2C设备必须严格遵守总线上的时钟信号，来确保数据的同步。

### 2.2.2 时钟同步和速率控制

STM32 I2C接口通过内部时钟源来控制数据传输的速率。速率控制是通过配置I2C接口的时钟参数来实现的，包括设置主时钟分频器、数据速率等。

同步机制确保了在不同的I2C设备之间能够可靠地传输数据。例如，主设备发出时钟信号，并在从设备准备好接收数据后开始传输。任何一方的不正确时序都可能导致数据的丢失或损坏。

## 2.3 STM32的I2C中断处理

中断处理是I2C通信中一个重要组成部分，它允许微控制器在数据传输过程中的关键事件发生时，如数据接收完毕、数据发送完成或错误发生时进行相应的处理。

### 2.3.1 中断向量和中断优先级配置

STM32的I2C中断向量是固定的，中断优先级则可以根据具体需求进行配置。开发者需要在系统初始化时，通过配置NVIC（嵌套向量中断控制器）来设置这些参数。

/* I2C1中断配置 */
void I2C1_IRQHandler(void)
{
  HAL_I2C_IRQHandler(&hi2c1);
}

/* 中断优先级配置 */
void HAL_I2C_MspInit(I2C_HandleTypeDef* i2cHandle)
{
  if(i2cHandle->Instance==I2C1)
  {
    __HAL_RCC_I2C1_CLK_ENABLE();
    HAL_NVIC_SetPriority(I2C1_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(I2C1_IRQn);
  }
}

### 2.3.2 中断服务程序的编写和管理

在STM32 HAL库中，开发者通常不需要编写完整的中断服务程序，只需要调用HAL库提供的中断处理函数即可。例如，在I2C1中断中，调用`HAL_I2C_IRQHandler`函数将会处理所有I2C相关的中断事件。

中断服务程序的管理需要对各种事件进行判断，并执行相应的处理逻辑。例如：

/* HAL库提供的中断处理函数 */
void HAL_I2C_IRQHandler(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
  /* 检查是否是接收事件 */
  if(__HAL_I2C_GET_FLAG(hi2c, I2C_FLAG_RXNE))
  {
    // 接收数据处理
  }
  /* 检查是否是传输完成事件 */
  if(__HAL_I2C_GET_FLAG(hi2c, I2C_FLAG_TCR))
  {
    // 数据发送完成处理
  }
  /* 检查是否是错误事件 */
  if(hi2c->State == HAL_I2C_STATE_ERROR)
  {
    // 错误处理
  }
}

通过上述代码可以看出，STM32的HAL库通过一系列标志位来判断中断事件，这使得中断管理变得更加简洁和高效。

以上章节概述了STM32与I2C协议的接口中的一些关键概念和操作步骤。在接下来的章节中，我们将深入探讨STM32 I2C通信的编程实践，以及如何对I2C时序问题进行分析和优化。

# 3. STM32 I2C通信的编程实践

### 3.1 STM32 I2C的基本读写操作

#### 3.1.1 单字节和多字节的读写示例

在进行STM32的I2C通信编程时，首先要掌握的是如何实现单字节和多字节的读写操作。这里通过一个简单的示例代码来演示这一过程。以下是使用STM32 HAL库进行单字节写操作的代码：

#include "stm32f1xx_hal.h"

I2C_HandleTypeDef hi2c1;

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_I2C1_Init(void);

int main(void)
{
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C1_Init();

  uint8_t data = 0x55; // 要写入的数据
  uint16_t slaveAddress = 0x68 << 1; // I2C设备地址，左移一位

  HAL_StatusTypeDef status = HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, slaveAddress, &data, 1, HAL_MAX_DELAY);
  if(status != HAL_OK) 
  {
    // 处理错误情况
  }
  // ... 其他逻辑代码 ...
}

对于多字节写操作，可以通过循环调用`HAL_I2C_Master_Transmit`函数，或者使用`HAL_I2C_Master_Transmit_IT`进行中断方式的传输。对于读操作，可以使用`HAL_I2C_Master_Receive`函数进行单字节或多字节的读取。

#### 3.1.2 错误处理和异常情况处理

在I2C通信过程中，错误处理和异常情况的处理是至关重要的。STM32提供了多种机制来帮助开发者诊断和处理错误。例如：

if(status != HAL_OK)
{
  // 检查是否是NACK错误
  if((status & HAL_I2C_ERROR_NACKF) == HAL_I2C_ERROR_NACKF)
  {
    // 对应设备没有响应
  }
  // 检查是否是总线错误
  if((status & HAL_I2C_ERROR_BERR) == HAL_I2C_ERROR_BERR)
  {
    // 发生总线错误
  }
  // 其他错误处理逻辑...
}

在处理完错误后，可能需要重置I2C硬件接口，或重新配置I2C总线，以确保下次通信能够顺利进行。

### 3.2 STM32 I2C高级功能实现

#### 3.2.1 DMA传输与I2C通信的结合

直接内存访问（DMA）技术可以用来提升I2C通信的性能。通过使用DMA，STM32可以在不使用CPU干预的情况下，直接将数据从内存传输到I2C总线，反之亦然。以下是实现DMA传输的一个例子：

uint8_t *dataBuffer; // 指向要传输数据的指针
uint16_t dataLength = 10; // 数据长度

HAL_StatusTypeDef status = HAL_I2C_Master_Transmit_DMA(&hi2c1, slaveAddress, dataBuffer, dataLength);

在这段代码中，`HAL_I2C_Master_Transmit_DMA`函数用于启动一个DMA传输，将`dataBuffer`缓冲区的内容发送到I2C总线上。

#### 3.2.2 I2C总线状态监控和故障诊断

监控I2C总线的状态是诊断问题和预防故障的关键步骤。STM32的HAL库提供了许多函数来帮助开发者获取和分析总线状态信息。以下是获取I2C总线状态和处理特定状态的示例：

I2C_HandleTypeDef *hi2c = &hi2c1;
uint32_t state = HAL_I2C_GetState(hi2c);

switch(state)
{
  case HAL_I2C_STATE_READY:
    // 总线处于空闲状态
    break;
  case HAL_I2C_STATE_LISTENING:
    // 总线处于监听状态
    break;
  // ... 其他状态处理 ...
  default:
    // 未知或错误状态处理
    break;
}

通过状态机管理I2C的运行状态，能够有效提高通信的可靠性。

### 3.3 实例演练：STM32与I2C设备的交互

#### 3.3.1 实际硬件的连接与配置

在进行硬件连接之前，必须确保硬件设备的I2C地址是已知的，并且设备能够在所选的I2C总线上正常工作。通常STM32的I2C引脚连接到设备的SDA和SCL引脚，另外还需要提供适当的上拉电阻。

硬件连接完成后，需要进行软件配置，包括初始化I2C接口，设置正确的时钟速率和通信参数等。

void MX_I2C1_Init(void)
{
  hi2c1.Instance = I2C1;
  hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
  hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
  hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
  hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
  {
    // 初始化错误处理
  }
}

#### 3.3.2 读写操作的调试和验证

调试和验证I2C读写操作通常会使用串口打印信息的方式来进行。下面是一个利用调试信息验证I2C读取操作是否成功的示例：

uint8_t readData;
HAL_StatusTypeDef readStatus = HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, slaveAddress, &readData, 1, HAL_MAX_DELAY);

if(readStatus == HAL_OK)
{
  // 打印成功读取到的数据
  printf("Data read from I2C device: 0x%X\n", readData);
}
else
{
  // 打印错误信息
  printf("I2C read operation failed!\n");
}

调试信息是验证和诊断I2C通信问题的关键工具，特别是在开发和测试阶段。通过分析这些信息，开发者可以快速定位到问题的原因，并进行相应的调整和优化。

以上内容详细介绍了STM32 I2C通信的基础编程实践，从基本的读写操作到高级功能实现，再到实际硬件交互的调试和验证。通过这些步骤，开发者可以更加高效地构建起稳定的STM32 I2C通信解决方案。

# 4. STM32 I2C时序问题分析与优化

在设计基于STM32的I2C通信系统时，时序问题可能是导致通信不准确或系统不稳定的主要原因。本章节将探讨如何诊断I2C时序问题，并提供有效的优化策略，最终确保系统级时序问题的解决。

## 4.1 I2C时序问题的诊断方法

### 4.1.1 示波器观测和时序图分析

在故障诊断的过程中，使用示波器观测I2C总线的SCL和SDA信号是必不可少的。一个好的时序图可以帮助开发者理解I2C通信的状态变化，包括起始条件、停止条件、数据位、应答位以及数据接收和发送过程。

graph TD
A[起始条件] --> B[地址帧]
B --> C[读/写位]
C --> D[应答]
D --> E[数据帧]
E --> F[应答]
F --> G[数据帧]
G --> H[应答]
H --> I[停止条件]

在示波器的时序图中，开发者可以检查SCL和SDA信号的高低电平切换是否符合I2C协议规定的时序要求，以及是否有噪声干扰导致的信号抖动。这些信息是诊断时序问题的关键。

### 4.1.2 软件调试工具的辅助诊断

除了硬件观测工具外，软件调试工具也是一个强有力的辅助手段。STM32CubeMX提供的软件模拟器和逻辑分析仪工具，可以用来在开发过程中模拟I2C通信，并捕获和分析通信数据包，帮助开发者发现软件层面上的问题。

开发者可以配置软件调试工具进行实时跟踪，观察和记录I2C总线上的通信过程，包括起始条件、数据传输和停止条件等关键点。同时，软件工具还可以用来校验数据包的完整性，比如检查数据帧和应答位。

## 4.2 I2C通信时序的优化策略

### 4.2.1 提高通信效率的软件技巧

在软件层面，可以通过编程技巧优化I2C通信的时序。一种常见的方法是使用DMA（直接内存访问）来传输数据，以减少CPU的负担，从而提高通信效率。

// 示例：启用I2C和DMA的代码段
I2C_HandleTypeDef I2cHandle;
DMA_HandleTypeDef hdma_i2c1_rx;

// 初始化I2C
I2cHandle.Instance = I2C1;
// ... (I2C初始化代码)

// 初始化DMA
hdma_i2c1_rx.Instance = DMA1_Channel6;
hdma_i2c1_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
// ... (DMA初始化代码)

// 启动DMA传输
HAL_I2C_Receive_DMA(&I2cHandle, buffer, size);

使用DMA传输时，需要仔细设置DMA传输的大小和方向，并确保其与I2C设备的特性匹配。此外，合理安排中断服务程序的执行逻辑，避免在数据接收或发送期间执行过多的处理，也能有效减少时序上的偏差。

### 4.2.2 硬件加速和时序调整方案

在硬件层面，可以通过调整I2C总线上的负载电容来优化通信的时序。STM32微控制器通常提供可配置的I2C引脚电容，适当的电容设置有助于改善信号的稳定性和传输速率。

// 设置I2C引脚负载电容的代码示例
RCC->PVDIER |= RCC_PVDIER_PVDIE; // 启用I2C引脚电容配置
I2C1->OAR2 |= I2C_OAR2_OA1C; // 启用OA1C位，允许设置引脚电容
I2C1->OAR2 |= I2C_OAR2_OA1C_1; // 设置引脚电容

开发者需要根据实际的电路板设计和I2C设备的规格，实验并确定最佳的引脚电容值。此外，电路板设计时应该尽量缩短I2C总线的长度，并且避免过长的线路导致的传输延时。

## 4.3 系统级时序问题的解决

### 4.3.1 主从设备时序协同

在多设备I2C总线系统中，主设备和从设备之间的时序协同至关重要。在设计时，需要确保所有设备的I2C通信速率一致，并且在处理多设备通信时考虑到时序上的冲突和补偿。

主设备通常负责控制整个通信过程，包括发送起始条件、从设备地址、读写命令、数据以及最终的停止条件。为了防止冲突，主设备应合理安排每个从设备的通信时间间隔，以避免总线访问冲突。

### 4.3.2 多设备I2C总线冲突解决

在I2C总线上连接多个设备时，可能会出现地址冲突的问题。解决这个问题通常需要在软件层面上合理设计地址分配策略，并且在硬件层面上采用不同的从设备地址。

// 地址分配策略示例
#define SLAVE_DEVICE_1_ADDRESS 0x50 // 从设备1地址
#define SLAVE_DEVICE_2_ADDRESS 0x52 // 从设备2地址

// 通过地址选择访问不同的设备
HAL_I2C_Master_Transmit(&I2cHandle, SLAVE_DEVICE_1_ADDRESS, data1, size1, timeout);
HAL_I2C_Master_Transmit(&I2cHandle, SLAVE_DEVICE_2_ADDRESS, data2, size2, timeout);

此外，软件中应该包含地址冲突检测和处理的逻辑。当检测到冲突时，可以通过重新初始化I2C总线或重新启动通信过程来解决问题。在硬件层面上，可以通过隔离电路或者多路选择器来物理隔离不同的从设备，以避免总线上的冲突。

通过上述方法，开发者可以有效地诊断和解决I2C时序问题，保证通信的准确性和系统的稳定性。接下来将介绍如何将这些知识应用到STM32与I2C设备的交互中，以及在真实项目中如何优化I2C通信来实现高效系统设计。

# 5. STM32 I2C应用扩展与案例研究

## 5.1 STM32与常见I2C设备的集成

在嵌入式开发领域，STM32微控制器与I2C设备的集成是提高系统功能性和交互性的常用方式。接下来，我们将探讨如何将STM32与不同类型的I2C设备进行集成。

### 5.1.1 加速度计、陀螺仪等传感器的集成

STM32与加速度计或陀螺仪等传感器的集成是构建运动检测、姿态控制或游戏手柄等产品的关键步骤。以下是集成的基本步骤：

1. 初始化I2C接口并配置通信参数。
2. 遵循I2C设备的数据手册，确定其I2C地址以及初始化配置所需的寄存器设置。
3. 使用STM32的I2C库函数来编写初始化代码和数据读取代码。
4. 编写定时器中断服务程序，定期读取传感器数据。
5. 对读取的数据进行处理，转换成实际的物理值，如加速度、角速度等。

示例代码块展示如何使用STM32 HAL库读取MPU6050加速度计和陀螺仪的值：

/* 初始化I2C */
hI2c1.Instance = I2C1;
hI2c1.Init.ClockSpeed = 400000;
hI2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
hI2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
hI2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
hI2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
hI2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
hI2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
hI2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
if (HAL_I2C_Init(&hI2c1) != HAL_OK) {
  /* Initialization Error */
  Error_Handler();
}

/* 读取加速度计和陀螺仪数据 */
uint8_t data[6];
HAL_I2C_Mem_Read(&hI2c1, MPU6050_ADDRESS, ACCEL_XOUT_H, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, data, 6, 100);
int16_t accel_x = (int16_t)(data[0] << 8 | data[1]);
int16_t accel_y = (int16_t)(data[2] << 8 | data[3]);
int16_t accel_z = (int16_t)(data[4] << 8 | data[5]);

### 5.1.2 EEPROM、RTC等存储设备的集成

对于需要持久存储的嵌入式系统，如日志记录、参数存储等，集成EEPROM和实时时钟（RTC）是常见的需求。STM32集成这些I2C存储设备时，基本步骤如下：

1. 初始化I2C接口。
2. 确定设备的I2C地址及所需的配置寄存器。
3. 使用STM32的I2C库函数对存储设备进行读写操作。
4. 对于EEPROM，可能需要实现页写入、随机读取等复杂操作。
5. 对于RTC，需要通过I2C通信设置时间，并在需要时进行读取。

下面给出一个简单的EEPROM写入操作的代码示例：

/* 写入EEPROM */
uint16_t eeprom_address = 0x0000;
uint8_t eeprom_data[2] = {0x12, 0x34};
HAL_I2C_Mem_Write(&hI2c1, EEPROM_ADDRESS, eeprom_address, I2C_MEMADD_SIZE_16BIT, eeprom_data, 2, 100);

## 5.2 I2C在物联网应用中的实践

物联网（IoT）应用通常需要各种传感器和存储解决方案，I2C作为一种低引脚数、简单的通信协议，在物联网设备设计中得到了广泛应用。

### 5.2.1 智能家居系统的I2C设备集成

智能家居系统中，从温度传感器到RGB LED灯条，再到智能门锁和摄像头，都有可能使用I2C接口。集成这些设备通常涉及到以下步骤：

1. 确定每个设备在I2C总线上的地址。
2. 为每个设备编写初始化和数据处理代码。
3. 实现设备间的数据交互逻辑，例如，温度传感器数据可以触发智能恒温器的开关。
4. 对于有安全要求的设备，如门锁，要实现加密通信和身份验证机制。

### 5.2.2 I2C总线在嵌入式系统中的应用案例

嵌入式系统中，I2C总线可以连接诸如LCD显示屏、键盘矩阵、蜂鸣器等外围设备。以LCD屏幕为例，集成步骤如下：

1. 配置STM32的I2C接口。
2. 初始化LCD屏幕，包括设置显示参数、清屏等。
3. 实现绘制图形、显示文本等功能。
4. 根据应用需求，定期刷新LCD屏幕以展示实时数据。

## 5.3 案例分析与经验分享

最后，我们将分析一些复杂的项目中遇到的I2C通信问题及其解决方案，并分享优化I2C通信以实现更高效系统设计的经验。

### 5.3.1 复杂项目中I2C通信的经验教训

在一些复杂的项目中，开发者可能会面临多个I2C设备在同一总线上共存导致的冲突问题。解决这类问题的方法包括：

- 为每个I2C设备分配唯一的地址。
- 使用I2C总线扩展器或多路复用器，从而物理上隔离总线，减少设备冲突。
- 实施严格的I2C通信协议，确保设备间不会出现对总线的占用冲突。

### 5.3.2 优化I2C通信以实现高效系统设计

为了优化I2C通信，提高系统的整体效率，开发者可以采取以下措施：

- 在软件层面，实现高效的I2C设备驱动，利用DMA传输来减轻CPU负担。
- 在硬件层面，确保I2C设备的电源和地线布局合理，以减少信号干扰。
- 通过合理的通信协议设计，如合理安排设备的读写顺序和时机，避免总线堵塞。
- 使用RTOS（实时操作系统）来管理I2C任务，提供更好的实时性和资源管理。

通过以上章节的介绍，我们对STM32与I2C设备集成的方法和技巧有了深入的了解，并分享了一些实际项目中的经验教训。希望这些内容能够帮助开发者在未来的项目中更加高效地利用I2C通信协议。