STM32外设通信协议实现：I2C_SPI通信应用

# 2.1 I2C总线概述

### 2.1.1 I2C总线标准和规范

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行通信协议，用于在集成电路（IC）之间进行数据传输。它由飞利浦半导体（现恩智浦半导体）于1982年开发，并已成为电子行业中广泛使用的通信标准。

I2C总线标准定义了物理层和数据链路层的规范，包括：

- **电压电平：**I2C总线使用开漏输出，工作电压范围为2.5V至5.5V。
- **数据速率：**标准模式下，数据速率为100kbps；快速模式下，数据速率为400kbps；高速模式下，数据速率高达3.4Mbps。
- **数据格式：**数据以8位字节的形式传输，包括一个起始位、一个设备地址、一个读/写位、一个字节数据和一个停止位。
- **多主设备：**I2C总线支持多主设备，允许多个主设备同时与从设备通信。

# 2. I2C通信协议原理与实现

### 2.1 I2C总线概述

#### 2.1.1 I2C总线标准和规范

I2C（Inter-Integrated Circuit）总线是一种串行通信协议，用于连接多个集成电路（IC）设备。它由飞利浦半导体（现为恩智浦半导体）于1982年开发，并已成为电子设备中广泛使用的通信标准。

I2C总线标准定义了物理层和数据链路层协议。物理层定义了总线上的电气特性，包括电压电平、时钟速率和数据格式。数据链路层协议定义了数据传输的格式和流程，包括寻址、数据传输和错误检测。

#### 2.1.2 I2C总线拓扑结构

I2C总线采用多主从拓扑结构。总线上可以连接多个主设备和从设备。主设备负责发起通信并控制总线，而从设备负责响应主设备的请求并传输数据。

I2C总线使用两根信号线：数据线（SDA）和时钟线（SCL）。SDA线用于传输数据，SCL线用于同步数据传输。

### 2.2 STM32 I2C外设硬件结构

#### 2.2.1 I2C外设寄存器和功能

STM32微控制器集成了I2C外设，提供了对I2C总线的硬件支持。I2C外设包含以下主要寄存器：

- I2C_CR1：控制寄存器，用于配置I2C外设的基本功能，如时钟速率、模式和中断使能。
- I2C_CR2：配置寄存器，用于配置高级功能，如DMA传输和从设备地址。
- I2C_SR1：状态寄存器，指示I2C外设的当前状态，如总线忙、传输完成和错误标志。
- I2C_SR2：状态寄存器，提供更多状态信息，如从设备地址匹配和总线冲突。
- I2C_DR：数据寄存器，用于发送和接收数据。

#### 2.2.2 I2C外设配置和初始化

在使用I2C外设之前，需要对其进行配置和初始化。配置步骤如下：

1. 使能I2C时钟。
2. 配置I2C外设的时钟速率。
3. 设置I2C外设的工作模式（主设备或从设备）。
4. 设置I2C外设的中断使能。

### 2.3 I2C通信协议实现

#### 2.3.1 I2C主设备通信流程

I2C主设备通信流程如下：

1. 主设备发送起始条件（START）。
2. 主设备发送从设备地址和读/写标志。
3. 从设备响应主设备的请求。
4. 主设备发送数据（写操作）或接收数据（读操作）。
5. 主设备发送停止条件（STOP）。

#### 2.3.2 I2C从设备通信流程

I2C从设备通信流程如下：

1. 从设备监视总线上的地址信息。
2. 当从设备的地址与总线上的地址信息匹配时，从设备响应主设备的请求。
3. 从设备发送数据（写操作）或接收数据（读操作）。
4. 从设备发送应答信号（ACK）或非应答信号（NACK）。
5. 从设备等待主设备发送停止条件。

**代码块：**

// I2C主设备发送数据
void I2C_Master_SendData(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t slave_address, uint8_t *data, uint16_t size)
{
    // 发送起始条件
    I2C_Start(hi2c);

    // 发送从设备地址和写标志
    I2C_Write(hi2c, slave_address << 1 | I2C_WR);

    // 等待从设备响应
    while (I2C_GetState(hi2c) != I2C_STATE_READY);

    // 发送数据
    for (uint16_t i = 0; i < size; i++)
    {
        I2C_Write(hi2c, data[i]);

        // 等待数据传输完成
        while (I2C_GetState(hi2c) != I2C_STATE_READY);
    }