STM32单片机I2C通信：详解I2C协议、硬件配置和应用的秘诀

# 1. I2C协议概述**

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，广泛用于嵌入式系统中，连接微控制器和外围设备。它采用主从通信模式，其中一个主设备控制总线，而多个从设备连接到总线。

I2C协议基于以下关键概念：

- **主设备：**控制总线并发起通信的设备。
- **从设备：**连接到总线并响应主设备请求的设备。
- **数据位：**8位的数据单元，用于传输信息。
- **地址位：**7位或10位的地址，用于识别从设备。
- **起始条件：**由主设备发出的信号，表示通信的开始。
- **停止条件：**由主设备发出的信号，表示通信的结束。

# 2. STM32单片机I2C硬件配置

### 2.1 I2C接口引脚配置

STM32单片机上I2C接口一般由两根引脚组成：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。这些引脚通常位于单片机的特定端口上，例如：

| 单片机型号 | SDA引脚 | SCL引脚 |
|---|---|---|
| STM32F103C8T6 | PB6 | PB7 |
| STM32F407VG | PB6 | PB7 |
| STM32F746ZG | PB6 | PB7 |

配置I2C接口引脚需要以下步骤：

1. **使能I2C外设时钟：**在RCC寄存器中使能I2C外设时钟。
2. **配置GPIO引脚：**将SDA和SCL引脚配置为复用功能，并选择I2C功能。
3. **配置引脚上拉电阻：**为SDA和SCL引脚配置上拉电阻，以防止总线浮动。

### 2.2 I2C时钟配置

I2C通信需要一个时钟信号来同步数据传输。STM32单片机上的I2C时钟可以由内部时钟源或外部时钟源产生。

**内部时钟源：**

内部时钟源由单片机的内部振荡器产生。使用内部时钟源时，需要配置I2C时钟预分频器和时钟分频器寄存器，以生成所需的时钟频率。

**外部时钟源：**

外部时钟源可以是外部晶振或其他时钟信号。使用外部时钟源时，需要配置I2C时钟源选择寄存器，以选择外部时钟源。

### 2.3 I2C中断配置

STM32单片机上的I2C外设支持中断功能。中断可以在以下事件发生时触发：

* **传输完成中断：**当数据传输完成时触发。
* **接收完成中断：**当数据接收完成时触发。
* **错误中断：**当发生错误（例如仲裁丢失）时触发。

配置I2C中断需要以下步骤：

1. **使能I2C中断：**在NVIC寄存器中使能I2C中断。
2. **配置中断优先级：**配置I2C中断的优先级。
3. **编写中断服务程序：**编写中断服务程序，以响应I2C中断。

**代码块：**

// 使能I2C中断
NVIC_EnableIRQ(I2C1_EV_IRQn);
NVIC_EnableIRQ(I2C1_ER_IRQn);

// 配置中断优先级
NVIC_SetPriority(I2C1_EV_IRQn, 0);
NVIC_SetPriority(I2C1_ER_IRQn, 0);

// 中断服务程序
void I2C1_EV_IRQHandler(void)
{
    // 处理传输完成中断
    if (I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE) {
        // 发送数据
    }

    // 处理接收完成中断
    if (I2C1->SR1 & I2C_SR1_RXNE) {
        // 接收数据
    }
}

void I2C1_ER_IRQHandler(void)
{
    // 处理错误中断
    if (I2C1->SR1 & I2C_SR1_ARLO) {
        // 仲裁丢失
    }
}

**逻辑分析：**

* 使能I2C中断后，单片机会在发生中断事件时触发中断服务程序。
* 中断服务程序根据中断标志位判断中断类型，并执行相应的处理。
* 在传输完成中断服务程序中，发送数据。
* 在接收完成中断服务程序中，接收数据。
* 在错误中断服务程序中，处理仲裁丢失等错误。

# 3. I2C通信编程

### 3.1 I2C数据传输流程

I2C数据传输遵循以下基本流程：

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。起始条件由一个高电平位和一个低电平位组成。
2. **从机地址：**主设备发送从机地址，指定要通信的从机设备。从机地址由7位地址和一个读/写位组成。读/写位为0表示写操作，为1表示读操作。
3. **应答：**从机收到从机地址后，如果地址匹配，则发送一个应答信号。应答信号由一个低电平位组成。
4. **数据传输：**主设备开始传输数据。如果为写操作，则主设备将数据发送到从机；如果为读操作，则主设备从从机接收数据。
5. **应答：**在每个数据字节传输后，接收设备（主设备或从机）发送一个应答信号。
6. **停止条件：**数据传输完成后，主设备发送一个停止条件，表示数据传输的结束。停止条件由一个低电平位和一个高电平位组成。

### 3.2 I2C主设备编程

主设备负责发起I2C通信并控制数据传输。以下代码示例展示了STM32单片机作为I2C主设备的编程：

#include "stm32f1xx_hal.h"

void I2C_Master_Transmit(uint8_t slaveAddress, uint8_t *data, uint8_t dataLength