STM32单片机I2C编程：与外围设备的无缝交互，拓展嵌入式功能

# 1. I2C协议简介**

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，用于连接嵌入式系统中的集成电路（IC）。它是一种低成本、低功耗的通信方式，适用于短距离数据传输。

I2C协议采用主从模式，其中一个设备充当主设备，而其他设备充当从设备。主设备发起通信并控制数据传输，而从设备响应主设备的请求并发送或接收数据。

I2C通信使用两条线：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。主设备通过SCL线控制时钟，而SDA线用于传输数据。数据以8位字节的形式传输，每个字节后面跟着一个确认位（ACK）。

# 2. STM32单片机I2C硬件配置

### 2.1 I2C接口概述

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，用于在集成电路（IC）之间进行双向数据传输。它是一种主从式协议，其中一个设备（主设备）控制总线并启动数据传输，而其他设备（从设备）响应主设备的请求并发送或接收数据。

I2C接口由两条双向信号线组成：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。SDA线用于传输数据，而SCL线用于同步数据传输。

### 2.2 STM32单片机I2C外设寄存器

STM32单片机上的I2C外设由一系列寄存器控制，这些寄存器允许配置I2C接口并管理数据传输。主要寄存器包括：

- **I2C_CR1**：控制寄存器，用于启用I2C外设、设置时钟速率和配置其他功能。
- **I2C_CR2**：控制寄存器，用于配置中断、DMA传输和从设备地址。
- **I2C_OAR1**：从设备地址寄存器，用于存储从设备地址。
- **I2C_OAR2**：从设备地址寄存器，用于存储第二个从设备地址。
- **I2C_DR**：数据寄存器，用于发送和接收数据。
- **I2C_SR1**：状态寄存器，用于指示I2C接口的状态。
- **I2C_SR2**：状态寄存器，用于提供有关I2C接口状态的附加信息。

**代码块：**

/* 使能I2C1外设 */
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN;

/* 配置I2C1时钟速率为100kHz */
I2C1->CR2 &= ~I2C_CR2_FREQ;
I2C1->CR2 |= I2C_CR2_FREQ_100K;

/* 设置I2C1从设备地址为0x5A */
I2C1->OAR1 &= ~I2C_OAR1_OA1;
I2C1->OAR1 |= 0x5A;

**逻辑分析：**

* 第一行代码使能I2C1外设。
* 第二行代码配置I2C1时钟速率为100kHz。
* 第三行代码设置I2C1从设备地址为0x5A。

**参数说明：**

* `RCC->APB1ENR`：APB1外设时钟使能寄存器。
* `RCC_APB1ENR_I2C1EN`：I2C1外设时钟使能位。
* `I2C1->CR2`：I2C1控制寄存器2。
* `I2C_CR2_FREQ`：I2C时钟速率配置位。
* `I2C_CR2_FREQ_100K`：100kHz时钟速率配置值。
* `I2C1->OAR1`：I2C1从设备地址寄存器1。
* `I2C_OAR1_OA1`：从设备地址位。

# 3. I2C编程基础

### 3.1 I2C数据传输流程

I2C数据传输过程由一个主设备和一个或多个从设备参与完成。主设备负责发起传输请求，而从设备负责响应请求并进行数据交换。

**数据传输流程：**

1. **起始条件：**主设备发送一个起始条件，表示数据传输的开始。起始条件由一个逻辑0位和一个逻辑1位组成。
2. **从设备地址：**主设备发送从设备的7位地址。从设备地址由器件类型和设备地址引脚决定。
3. **读/写位：**主设备发送一个读/写位，表示数据传输的方向。0表示写操作，1表示读操作。
4. **从设备应答：**从设备收到地址和读/写位后，如果地址匹配且读/写位正确，则发送一个应答信号（ACK），表示准备接收或发送数据。
5. **数据传输：**主设备发送或接收数据，每个数据字节后面都跟一个ACK信号。
6. **停止条件：**主设备发送一个停止条件，表示数据传输的结束。停止条件由一个逻辑1位和一个逻辑0位组成。

### 3.2 I2C中断处理

STM32单片机提供了I2C中断，用于处理I2C数据传输过程中的各种事件。

**I2C中