STM32 I2C通信：低成本、低功耗的设备互联，构建物联网生态

# 1. STM32 I2C通信概述

### 1.1 I2C总线简介

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信总线，广泛用于嵌入式系统中连接微控制器和外围设备。它具有以下特点：

- 双向、半双工通信
- 主从模式，一个主设备控制多个从设备
- 使用两条线：串行数据线（SDA）和串行时钟线（SCL）
- 数据传输速率可达400 kbps

# 2. STM32 I2C硬件配置与驱动开发

### 2.1 I2C硬件接口和时序分析

#### 2.1.1 I2C总线原理和信号定义

I2C总线是一种串行通信协议，由两条信号线组成：时钟线（SCL）和数据线（SDA）。SCL由主设备控制，用于同步数据传输，而SDA由主设备和从设备共享，用于传输数据。

I2C通信采用半双工模式，即总线上同一时刻只能有一个设备传输数据。通信过程包括：

- 起始条件：主设备将SCL拉低，然后将SDA拉低，表示通信开始。
- 从机地址：主设备发送从机地址，从机地址由7位从机地址和1位读/写标志组成。
- 数据传输：主设备或从设备根据读/写标志进行数据传输。
- 停止条件：主设备将SCL拉高，然后将SDA拉高，表示通信结束。

#### 2.1.2 STM32 I2C外设寄存器和配置

STM32微控制器提供了专用的I2C外设，包括以下关键寄存器：

- **I2C_CR1：**控制寄存器，用于配置I2C模式、时钟频率和中断。
- **I2C_CR2：**配置寄存器，用于配置从机地址、从机模式和DMA传输。
- **I2C_SR1：**状态寄存器，反映I2C总线状态，包括传输完成、仲裁丢失和错误标志。
- **I2C_SR2：**状态寄存器，提供有关从机地址匹配和数据传输状态的附加信息。
- **I2C_DR：**数据寄存器，用于发送和接收数据。

配置I2C外设时，需要设置以下关键参数：

- **时钟频率：**I2C通信速率，通常在100 kHz到400 kHz之间。
- **模式：**主设备模式或从设备模式。
- **从机地址：**从设备的唯一地址。
- **中断：**是否启用I2C中断。

### 2.2 I2C驱动程序设计与实现

#### 2.2.1 中断处理和数据传输机制

I2C驱动程序负责管理I2C通信，包括中断处理和数据传输。

中断处理：

- **发送中断：**当数据传输完成时触发，表示可以发送下一个字节。
- **接收中断：**当数据接收完成时触发，表示可以读取接收到的字节。

数据传输机制：

- **轮询模式：**程序不断检查I2C状态寄存器，等待中断标志。
- **中断模式：**当发生中断时，程序执行中断服务程序（ISR）来处理数据传输。

#### 2.2.2 I2C驱动程序API和使用示例

I2C驱动程序通常提供以下API函数：

- **初始化：**配置I2C外设和中断。
- **发送数据：**向从机发送数据。
- **接收数据：**从从机接收数据。
- **读寄存器：**从从机读取指定寄存器。
- **写寄存器：**向从机写入指定寄存器。

使用示例：

// 初始化I2C驱动程序
I2C_Init();

// 发送数据
uint8_t data[] = {0x01, 0x02, 0x03};
I2C_SendData(0x5A, data, sizeof(data));

// 接收数据
uint8_t recv_data[10];
I2C_ReceiveData(0x5A, recv_data, sizeof(recv_data));

# 3. STM32 I2C通信协议与应用

### 3.1 I2C通信