STM32单片机I2C通信接口：掌握I2C通信原理和应用技巧，实现与外部设备的无缝连接

# 1. STM32单片机I2C通信接口概述

STM32单片机集成了I2C（Inter-Integrated Circuit）通信接口，该接口是一种串行通信协议，广泛应用于嵌入式系统中连接各种外围设备。I2C接口具有以下特点：

- 双向半双工通信：同一总线上的设备既可以发送数据，也可以接收数据。
- 多主机模式：总线上可以有多个主机设备，但只能有一个主机设备同时控制总线。
- 多从机模式：总线上可以连接多个从机设备，每个从机设备都有一个唯一的地址。
- 低速率通信：I2C接口的传输速率通常在100 kbps以下，适合于低速率数据传输。

# 2. I2C通信原理

### 2.1 I2C总线协议

#### 2.1.1 I2C总线结构

I2C总线是一种串行通信总线，由两条信号线组成：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）。SDA线用于传输数据，SCL线用于同步数据传输。

#### 2.1.2 I2C数据传输流程

I2C数据传输流程包括以下步骤：

1. **起始条件：**主设备发送一个起始条件，将SCL和SDA线同时拉低。
2. **设备地址：**主设备发送设备地址，指定要通信的从设备。
3. **读/写位：**主设备发送一个读/写位，指示是读取数据还是写入数据。
4. **数据传输：**主设备和从设备交换数据。主设备可以发送数据到从设备（写操作），或者从从设备接收数据（读操作）。
5. **停止条件：**主设备发送一个停止条件，将SCL和SDA线同时拉高。

### 2.2 I2C通信时序

#### 2.2.1 起始条件

起始条件由主设备发送，将SCL和SDA线同时拉低。起始条件的时序如下图所示：

sequenceDiagram
participant MainDevice as Main
participant SlaveDevice as Slave
MainDevice->Slave: Start Condition

#### 2.2.2 数据传输

数据传输在起始条件和停止条件之间进行。数据传输的时序如下图所示：

sequenceDiagram
participant MainDevice as Main
participant SlaveDevice as Slave
MainDevice->Slave: Data
Slave->Main: ACK

主设备发送数据时，从设备发送一个应答（ACK）信号，表示已收到数据。

#### 2.2.3 停止条件

停止条件由主设备发送，将SCL和SDA线同时拉高。停止条件的时序如下图所示：

sequenceDiagram
participant MainDevice as Main
participant SlaveDevice as Slave
MainDevice->Slave: Stop Condition

# 3.1 I2C接口引脚定义

STM32单片机的I2C接口通常使用两个引脚：SCL（串行时钟）和SDA（串行数据）。这些引脚的定义如下：

| 引脚 | 功能 |
|---|---|
| SCL | 串行时钟线，由主设备产生 |
| SDA | 串行数据线，用于数据传输 |

在某些情况下，还可以使用第三个引脚SMBA（系统管理总线警报），用于系统管理功能。

### 3.2 I2C接口寄存器配置

STM32单片机的I2C接口通过一组寄存器进行配置。这些寄存器位于I2C外设的寄存器映射中。

#### 3.2.1 CR1寄存器

CR1寄存器控制I2C接口的基本功能。其位字段定义如下：

| 位字段 | 名称 | 功能 |
|---|---|---|
| PE | Peripheral Enable | 使能/禁用I2C接口 |
| TXIE | Transmit Interrupt Enable | 使能/禁用发送中断 |
| RXIE | Receive Interrupt Enable | 使能/禁用接收中断 |
| ADDRIE | Address Match Interrupt Enable | 使能/禁用地址匹配中断 |
| NACKIE | Not Acknowledge Interrupt Enable | 使能/禁用未应答中断 |
| STOPIE | St