STM32单片机I2C总线通信：掌握低速串行通信的精髓

# 1. I2C总线概述**

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种低速串行通信协议，广泛用于连接微控制器、传感器、存储器和其他外围设备。它由飞利浦半导体（现恩智浦半导体）于1982年开发，以简化嵌入式系统中的通信。

I2C总线采用主从模式，其中一个主设备控制通信，而多个从设备响应主设备的请求。通信使用两条线：时钟线（SCL）和数据线（SDA）。主设备通过SCL线生成时钟信号，而SDA线用于双向数据传输。

# 2. STM32单片机I2C通信硬件基础

### 2.1 I2C总线物理层介绍

I2C总线是一种低速串行通信总线，由飞利浦半导体（现恩智浦半导体）于1982年推出。它广泛应用于嵌入式系统中，用于连接微控制器、存储器、传感器和其他外围设备。

I2C总线采用两线制通信方式，包括一根数据线（SDA）和一根时钟线（SCL）。SDA线用于传输数据，SCL线用于同步数据传输。I2C总线采用开漏输出结构，即每个设备的输出端都连接到一个公共的集电极输出，当多个设备同时输出低电平时，总线电平才会变低。

### 2.2 STM32单片机I2C接口硬件结构

STM32单片机集成了I2C接口，它由I2C外设和GPIO引脚组成。I2C外设负责生成I2C总线时序和数据传输，而GPIO引脚用于连接SDA和SCL总线。

STM32单片机中I2C外设通常称为I2Cx，其中x为0~3，表示不同的I2C接口。每个I2C接口都有自己的寄存器组，用于配置和控制I2C通信。

### 2.3 I2C总线时序分析

I2C总线时序由SCL时钟线控制。SCL时钟线上的每个时钟周期分为高电平和低电平两部分，高电平表示空闲状态，低电平表示数据传输状态。

I2C总线时序图如下：

sequenceDiagram
participant A as Master
participant B as Slave
A->B: Start Condition
B->A: ACK
A->B: Data Byte 1
B->A: ACK
A->B: Data Byte 2
B->A: ACK
A->B: Stop Condition

**启动条件：**由主设备发送，SCL高电平时SDA从高电平变为低电平。

**停止条件：**由主设备或从设备发送，SCL高电平时SDA从低电平变为高电平。

**数据传输：**数据在SCL时钟的低电平期间传输，主设备发送数据时SDA由主设备控制，从设备发送数据时SDA由从设备控制。

**应答信号（ACK）：**在每个数据字节传输完成后，接收设备会发送一个应答信号（ACK）表示已正确接收数据。ACK信号在SCL时钟的低电平期间发送，SDA从低电平变为高电平表示ACK。

# 3. STM32单片机I2C通信软件开发

### 3.1 I2C总线通信协议

I2C总线是一种半双工、多主从通信协