STM32单片机I2C总线应用：从硬件连接到数据传输，权威解读

# 1. STM32单片机I2C总线简介

I2C总线（Inter-Integrated Circuit Bus）是一种串行通信总线，广泛应用于嵌入式系统中连接微控制器和各种外围器件。它具有简单、低成本、易于实现的特点。

STM32单片机内置I2C外设，支持I2C总线通信。I2C总线在STM32单片机上通常由两条线组成：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。

# 2. I2C总线硬件连接与配置

### 2.1 I2C总线原理及硬件接口

**I2C总线原理**

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行通信总线，用于在集成电路（IC）之间进行数据传输。它采用主从模式，其中一个设备（主设备）控制总线，而其他设备（从设备）响应主设备的请求。

**硬件接口**

I2C总线使用两条信号线：

* **SDA（串行数据线）：**用于传输数据。
* **SCL（串行时钟线）：**用于同步数据传输。

### 2.2 STM32单片机I2C外设配置

**STM32单片机I2C外设**

STM32单片机内置I2C外设，支持标准模式（100 kbps）和快速模式（400 kbps）通信。

**配置步骤**

配置STM32单片机I2C外设需要以下步骤：

1. **使能I2C外设时钟：**使用RCC寄存器组中的RCC_APB1ENR寄存器使能I2C外设时钟。
2. **配置I2C引脚：**使用GPIO寄存器组中的GPIOx_MODER和GPIOx_AFRx寄存器配置SDA和SCL引脚为复用功能。
3. **初始化I2C外设：**使用I2C寄存器组中的I2C_CR1寄存器配置I2C外设的模式、波特率和地址。

**代码示例**

// 使能I2C1时钟
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN;

// 配置I2C1引脚
GPIOB->MODER &= ~(GPIO_MODER_MODE10_Msk | GPIO_MODER_MODE11_Msk);
GPIOB->MODER |= (GPIO_MODER_MODE10_1 | GPIO_MODER_MODE11_1);
GPIOB->AFR[1] &= ~(GPIO_AFRH_AFSEL10_Msk | GPIO_AFRH_AFSEL11_Msk);
GPIOB->AFR[1] |= (GPIO_AFRH_AFSEL10_1 | GPIO_AFRH_AFSEL11_1);

// 初始化I2C1外设
I2C1->CR1 = (I2C_CR1_PE | I2C_CR1_MODE | I2C_CR1_SMBUS | I2C_CR1_ACK | I2C_CR1_NACK);
I2C1->CR2 = (I2C_CR2_FREQ | I2C_CR2_DUTY);
I2C1->OAR1 = (I2C_OAR1_OA1EN | I2C_OAR1_OA1);

**代码逻辑分析**

* `RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN;`：使能I2C1外设时钟。
* `GPIOB->MODER &= ~(GPIO_MODER_MODE10_Msk | GPIO_MODER_MODE11_Msk);`：清除PB10和PB11引脚的模式位。
* `GPIOB->MODER |= (GPIO_MODER_MODE10_1 | GPIO_MODER_MODE11_1);`：配置PB10和PB11引脚为复用功能。
* `GPIOB->AFR[1] &= ~(GPIO_AFRH_AFSEL10_Msk | GPIO_AFRH_AFSEL11_Msk);`：清除PB10和PB11引脚的复用功能选择位。
* `GPIOB->AFR[1] |= (GPIO_AFRH_AFSEL10_1 | GPIO_AFRH_AFSEL11_1);`：配置PB10和PB11引脚为I2C1复用功能。
* `I2C1->CR1 = (I2C_CR1_PE | I2C_CR1_MODE | I2C_CR1_SMBUS | I2C_CR1_ACK | I2C_CR1_NACK);`：配置I2C1外设为标准模式、使能ACK和NACK。
* `I2C1->CR2 = (I