STM32单片机I2C总线接口：连接多种外设，构建复杂系统

# 1. STM32单片机I2C总线概述**

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行通信协议，用于连接微控制器和其他外围设备。在STM32单片机中，I2C总线提供了低成本、低功耗的通信解决方案，广泛应用于各种嵌入式系统中。

I2C总线采用主从模式，其中一个设备（主设备）发起通信，而其他设备（从设备）响应主设备的请求。I2C总线使用两根信号线：串行时钟线（SCL）和串行数据线（SDA）。

# 2.1 I2C总线架构和信号

### I2C总线架构

I2C总线是一种串行通信总线，采用主从模式，由一个主设备和一个或多个从设备组成。主设备负责发起通信并控制总线，而从设备则响应主设备的请求并进行数据传输。

I2C总线采用两线制架构，包括数据线（SDA）和时钟线（SCL）。数据线用于传输数据，而时钟线用于同步通信。

### I2C总线信号

I2C总线上的信号由以下几种状态组成：

- **起始信号（Start）：**由主设备发送，表示通信的开始。
- **停止信号（Stop）：**由主设备发送，表示通信的结束。
- **数据位（Data）：**由主设备或从设备发送，用于传输数据。
- **应答信号（Acknowledge）：**由从设备发送，表示已收到数据。
- **无应答信号（Not Acknowledge）：**由从设备发送，表示未收到数据或拒绝接收数据。

### I2C总线时序

I2C总线通信遵循严格的时序要求。时序图如下所示：

sequenceDiagram
participant Alice as 主设备
participant Bob as 从设备

Alice->Bob: Start
Bob->Alice: Acknowledge
Alice->Bob: Data
Bob->Alice: Acknowledge
Alice->Bob: Data
Bob->Alice: Acknowledge
Alice->Bob: Stop

- **起始信号：**主设备将SDA线拉低，同时SCL线保持高电平。
- **应答信号：**从设备将SDA线拉低，表示已收到起始信号。
- **数据位：**主设备或从设备将数据位发送到总线上。
- **应答信号：**接收方将SDA线拉低，表示已收到数据位。
- **停止信号：**主设备将SDA线拉高，同时SCL线保持高电平。

# 3. STM32单片机I2C接口硬件**

### 3.1 I2C接口的寄存器结构

STM32单片机的I2C接口由多个寄存器组成，主要包括以下几个：

| 寄存器名称 | 描述 |
|---|---|
| I2C_CR1 | 控制寄存器1，用于配置I2C总线的工作模式、时钟频率等 |
| I2C_CR2 | 控制寄存器2，用于配置I2C总线的地址匹配模式、中断使能等 |
| I2C_OAR1 | 设备地址寄存器1，用于存储主设备的地址 |
| I2C_OAR2 | 设备地址寄存器2，用于存储从设备的地址 |
| I2C_DR | 数据寄存器，用于发送和接收数据 |
| I2C_SR1 | 状态寄存器1，用于指示I2C总线的当前状态 |
| I2C_SR2 | 状态寄存器2，用于指示I2C总线的错误状态 |

### 3.2 I2C接口的配置和初始化

在使用STM32单片机的I2C接口之前，需要对其进行配置和初始化。配置和初始化步骤如下：

1. **时钟配置**：配置I2C总线的工作时钟频率。时钟频率可以通过I2C_CR2寄存器的PSC和FSCL位来设置。
2. **模式配置**：配置I2C总线的工作模式，包括主设备模式或从设备模式。可以通过I2C_CR1寄存器的PE位来设置。
3. **地址配置**：配置主设备的