IIC（Inter-Integrated Circuit）是一种常见的串行通信协议，广泛应用于各种嵌入式系统中，包括STM32单片机。在STM32中，IIC通信可以通过硬件IIC和软件IIC两种方式实现。本文将介绍IIC的基本原理，然后重点探讨STM32中硬件IIC和软件IIC的区别。

/ _: H" i, D5 x; S

/ ~; T% C# E4 j' _) F/ {/ e& nIIC基本原理：IIC是由飞利浦（Philips）公司提出的一种串行通信协议，适用于在同一电缆上连接多个设备。它采用两根线进行通信，即SDA（数据线）和SCL（时钟线）。设备之间通过这两根线实现数据传输，其中SDA用于传输数据，SCL用于同步时钟。
: d; f: _( a, V8 h: a

2 d; Q' j: ~" J+ k$ l
7 w$ L8 k+ D/ i& G1 E# _" U5 x4 ^0 `, \一对IIC总线上面可以挂载多个设备并且多个设备之间有不同的地址，所以我们可以根据不同设备的地址来实现不同设备之间的通信。
5 ^( t. A) C9 D$ p
软件IIC
在STM32中，软件IIC是一种通过程序控制GPIO口模拟实现IIC通信的方法。这种实现方式常用于一些资源有限的应用场景，或者在需要更灵活控制IIC通信时使用。

' b7 j0 m7 @) b; @' F; d8 C( w

1 J9 B2 v9 h& h5 D2 y总而言之，软件IIC是利用GPIO的翻转，一个IO模拟SCL线，一个IO模拟SDA线实现IIC通信协议的实现。

; ~* ~+ i5 S# a8 o* p0 d) L, b2 z软件IIC不需要对IO有特殊的要求，只需要两个普通的GPIO即可实现，因此较为方便也方便移植，不同设备只需要重写IIC的基本通讯即可。
7 `- n4 X1 @7 D! R

1. // 定义IIC的GPIO口和引脚
   0 v) B: w3 k* m8 J1 R. b
2. #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6
   
3. #define IIC_SCL_PORT GPIOB
   
4. 
   8 M+ o+ U# v" I9 {4 f5 m- H
5. 
   
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
     M7 _' ]% |: u' e- W4 a
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   % P$ c& b/ m$ a2 T2 v: [
8. 
   : e4 f; r$ P( `. O2 {& U3 Z9 T3 e- K
9. 
   
10. // 定义读写控制位
    " E9 M$ y& m9 j7 x3 a
11. #define IIC_READ  1
    9 d8 _5 M& t$ R* y% O% H* M
12. #define IIC_WRITE 0
    2 ]/ `3 I2 d9 G) ]' C
13. 
    , T7 Y  s1 B8 J0 u5 l. Z
14. 
    % `! u3 k( [$ C% k/ L
15. // 定义函数
    
16. void IIC_Start(void);
    
17. void IIC_Stop(void);
    
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    / ?8 D& w1 Y4 w( K
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    ; C1 N4 c" O4 T+ _+ Z9 \. M7 f" H+ }
20. 
    
21. 
    
22. 
    
23. 
    
24. // 启动IIC总线
    ! B# {& F/ w* K. n
25. void IIC_Start(void)
    
26. {
    
27.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    8 F4 z1 o' Z: ~# W
28.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
29.     HAL_Delay(2);  // 稍微延时，确保时序正确
    
30.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    # r4 \- Q: ?% E) g
31.     HAL_Delay(2);
    3 X8 o! |. a3 b9 a1 t4 a
32.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    7 |! D# D8 B8 U; I2 `& `4 [
33. }
    
34. 
    $ [: ?( I6 g) x* t% x; L' {
35. 
    
36. // 结束IIC总线
    $ m5 P4 }( G& S& w# Z# l
37. void IIC_Stop(void)
      p) S/ D, m- y5 p  g+ S( z/ p0 Q
38. {
    
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    : A5 N* K- m5 J) T3 l# U
40.     HAL_Delay(2);
    
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    8 O* P" t+ O  e! f# r1 Z+ r! J4 Q" S
42.     HAL_Delay(2);
    
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    , s7 W! \% G. ~0 i" z
44.     HAL_Delay(2);
    ! @( B7 I3 {, ~' X& M2 Z- c
45. }
    3 @' R+ K2 [2 R& V2 O' d
46. 
    . Q" v. R# ~% U( o
47. 
    ( K4 E& T7 X0 ], \. G
48. // 发送一个字节
    & D& P/ y5 d4 e7 M+ \: c8 z4 ]$ S
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
    
50. {
    ( J7 Y) J4 X) }1 A1 q6 v2 {
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
52.     {
    * u: O% O& N. p  m9 G7 L3 e: Q, h2 X
53.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    # f9 s& w  W; A1 E1 U$ G
54.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, (byte & (1 << i)) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    
55.         HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确
    # |5 J6 O4 E/ q3 O" H
56.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    5 H1 E. Y" ]& B) ^5 _  }" T
57.         HAL_Delay(1);
    ' ?2 D! k4 e% y1 Z- S; b
58.     }
    3 Z" m$ _1 w1 c$ \
59.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    3 R+ l/ g/ g! p$ L9 {
60. }
    8 B) r8 b. S. t* E" \/ v; z! k
61. 
    
62. 
    
63. // 读取一个字节
    
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    
65. {
    & F- n0 W- X  D. P. y7 A) W
66.     uint8_t byte = 0;
    
67.    
    * L3 X, i+ b1 v5 M5 t4 i" S
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    + b3 \% h1 G3 ^$ v& U6 i; t
69.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
70.     {
    1 x# A; I+ V4 i( l! U0 p
71.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    ( Q' X& n) c- Y; y" k& k& f3 k; l" Y
72.         HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确
    * g5 u9 G% o( N7 I
73.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    2 n+ y& P" i/ }% z
74.         HAL_Delay(1);
    & s2 Y. B- Y  v1 q
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    & C, s0 A% y( r% u3 j4 a1 o" a6 H
76.     }
    
77.    
    
78.     if (ack)
    
79.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送应答
    
80.     else
    
81.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);   // 不发送应答
    
82.    
    
83.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    9 T; }0 X1 k4 J" u
84.     HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确
    
85.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    + q7 ~- {6 x) A/ i7 L
86.     HAL_Delay(1);
    
87.    
    
88.     return byte;
    $ Z- C5 s3 L  U( T+ {* g- b
89. }

复制代码

$ Q$ @0 i+ @) L/ n/ D5 p例如IIC的启动信号为：SCL为高电平的时候，SDA从高电平转为低电平。
9 D0 H! A; H& r8 R2 L. S' L
IIC的结束信号为：在SCL线是高电平时，SDA线从低到高的跳变。
1 v# G, g% u+ e) @# ]3 T: n6 {' v
" l; e9 V, f, u8 ~1 v0 m因此使用这种方法可以模拟IIC时序完成通讯。
) Y6 O: c' F* }7 S" F1 F' h
但是这种方法的弊端也是非常明显的，需要占用CPU，其次这样子并不能确保I2C时序的正确性。所以无论是稳定性还是可移植性还是IIC的效率都欠妥。
) y+ i  n* C  y! @: ?4 I9 V
STM32中的硬件IIC   
2 {. F: w5 C6 u8 X+ C7 n% s' \STM32系列单片机提供了硬件IIC（Inter-Integrated Circuit）模块，用于支持IIC通信协议。硬件IIC通过专门的硬件模块实现了IIC协议的基本功能，包括起始信号、停止信号、时钟同步等，无需用户通过软件模拟实现。

STM32硬件IIC优势：
1.高效性： 硬件IIC使用专用硬件模块处理通信，不需要CPU直接参与，提高了通信效率，降低了对CPU的负担。
2.时序精确控制： 硬件IIC模块能够精确控制时序，确保通信的稳定性，避免了由于软件执行时间不确定性而引起的时序问题。
% y  C4 p; h  X' i3.多主机模式支持： 硬件IIC模块通常支持多主机模式，能够轻松处理多个设备同时访问总线的情况。
# Y$ L# P: W8 S2 p4.易用性： 由于硬件IIC是芯片内置模块，使用起来相对简单，只需配置相应的寄存器和引脚即可。
5.占用资源少： 硬件IIC模块通常占用较少的资源，对于资源有限的嵌入式系统来说，是一种较为理想的选择。
$ k  L- B- r5 W
5 ?9 ?! e2 v, u: N. d

在CubeMX中配置好硬件IIC即可利用HAL库函数进行IIC通讯。

1. static void MX_I2C1_Init(void)
   
2. {
   % y6 z5 H7 D% g4 R7 F
3.   hi2c1.Instance = I2C1;
   9 M* W1 y' ^' O- e" d9 j' c( e) B
4.   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
   6 g6 g. F3 t: C! [6 c. x! r" @/ G( w
5.   hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   
6.   hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
   
7.   hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   / O3 J/ u6 z  k2 j- V
8.   hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   
9.   hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
   " o# ^" J: S) _5 F3 w1 s' N0 R
10.   hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    
11.   hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    
13. }
    
14. 
    $ n; ~2 f* ]6 K8 M. A8 \, o3 M6 M4 Q
15. 
    
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    
17. uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址
    
18. HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, deviceAddress, &registerAddress, 1, HAL_MAX_DELAY);

复制代码

+ x; z# _( D) ]* a. e% e' c: M2 n, v调用CubeMX的初始化函数，之后就可以使用例如HAL_I2C_Master_Transmit,HAL_I2C_Master_Receive等函数来实现IIC通讯。


STM32硬件IIC缺点：
1.资源占用： 相比软件IIC，硬件IIC模块可能会占用一定的硬件资源，因此在资源受限的系统中需要谨慎选择。
2.灵活性： 硬件IIC通常由芯片内部硬件模块实现，因此在一些特殊场景下可能缺乏一些灵活性，例如无法更改时序。
3.部分限制： 不同型号的STM32芯片的硬件IIC模块可能存在一些差异，不同芯片的IO不一样，所以设计时需要谨慎检查。

总体而言，STM32的硬件IIC是一种高效、稳定的IIC通信方式，特别适用于对性能要求较高的应用场景，同时在易用性和可靠性上有较大优势。在选择IIC通信方式时，可以根据具体需求权衡硬件IIC和软件IIC的优缺点。

1 T4 q( s, k8 I7 P. F

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3 j! R* c6 _/ F  v& S& ]