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。



4 c9 K% R1 E4 M7 Z3 D/ ~3 M) ]5 eIIC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。
! K: m' k. m1 v+ D+ B
3 ]6 E# D; @6 A  u" A, }6 `$ w% K$ m
, P' K' m% `( G( i5 U0 `( P( Y
& s$ [$ e5 p: x- a. w' u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。

0 s, z( J# ?! K. {软件IIC
% {+ E$ @4 Z% a# q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。


: w& @+ [  t/ M3 G2 [6 y
0 M5 h2 ~; v& 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。
4 t- c1 b  S, a/ G5 c  Y% |
" @  @' b! u( Q6 d3 i: P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。
% X% l: K! b( p/ ?- J* T) ^# S

1. // 定义IIC的GPIO口和引脚
   + k# E! E$ x; j9 N& J" ]+ t
2. #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6
   
3. #define IIC_SCL_PORT GPIOB
   
4. 
   
5. 
   
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
   
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   
8. 
   % J6 F# K3 O# [
9. 
   
10. // 定义读写控制位
    
11. #define IIC_READ  1
    . H& g; A- i3 C0 v& a: }  m
12. #define IIC_WRITE 0
    ! \. Q$ X. S" K( }4 T  N
13. 
    % r- Q6 w" v* R" Q9 E! x0 f
14. 
    
15. // 定义函数
    4 U. O3 n, y/ C' Y
16. void IIC_Start(void);
    0 f1 e. e/ D0 g/ N6 }. X* q5 H
17. void IIC_Stop(void);
    
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    5 z; i( r% q: S$ J/ Z# Q3 Y# ]
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    8 L; C7 x9 @% H, r2 }
20. 
    4 k/ Y6 F' M  ^( F+ I% P5 i% [  E
21. 
    
22. 
    
23. 
    " @5 O% ?+ f4 q, [0 R
24. // 启动IIC总线
    # o# v1 J5 X/ k# s0 x6 I
25. void IIC_Start(void)
    
26. {
    6 E0 N7 O  l8 n$ ]; {
27.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
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
    1 E7 c8 N# u& Z
30.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    " }5 k# n8 G- ?3 E
31.     HAL_Delay(2);
    
32.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    ; _$ n7 Q* J; M/ j; b
33. }
    
34. 
    ' E# d  R# D( d2 s9 w6 `6 Z* P
35. 
    
36. // 结束IIC总线
    4 d5 B3 ?2 y* n- A7 O+ @8 U( X" u
37. void IIC_Stop(void)
    
38. {
    
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
40.     HAL_Delay(2);
    9 `2 k$ l0 [8 \& c
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    $ x& N9 O0 O+ W) ^% \
42.     HAL_Delay(2);
    5 z2 ~6 _5 a' V, k2 c2 s
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    + w- ~; o. v- l2 q) T$ r) f; C
44.     HAL_Delay(2);
    8 r6 ]# y3 _) R1 F
45. }
    / z! d/ X! f& n1 L
46. 
    
47. 
    1 ?* ^8 H' B1 a; [- a& H
48. // 发送一个字节
    
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
    $ b0 ~" e4 {/ ^+ S
50. {
    
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
52.     {
    
53.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    * g1 V9 ^( E7 N: v" 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
    
56.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    . S% p: X2 q, B) f/ \5 h
57.         HAL_Delay(1);
    
58.     }
    
59.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    $ e  }3 t  A& Y  M; ?5 s
60. }
    5 K" y. J2 c: A9 u' B& B( v
61. 
    
62. 
    
63. // 读取一个字节
    
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    5 I  K) N" L0 j
65. {
    
66.     uint8_t byte = 0;
    
67.    
    , c1 n$ f& D7 q) U. b! E  p
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
69.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    7 N3 {+ @3 m' V& X
70.     {
    
71.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
72.         HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确
    ( d$ R) U( p; P+ `
73.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
74.         HAL_Delay(1);
    
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    
76.     }
    
77.    
    / p8 e! c& V& o9 C9 W
78.     if (ack)
    9 ]  s- V" s7 h+ s# K2 x
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.    
    6 _! k6 {5 u/ u' D& M3 w) ^
83.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
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);
    
86.     HAL_Delay(1);
    + I: C  B/ Z) [
87.    
    
88.     return byte;
    , O5 P7 ^. u+ B5 Z& O! J
89. }

复制代码

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。
0 `% U/ f6 v' T4 _+ A0 f; p, J9 w
1 |8 ]7 _+ {& n: h9 G: r. ^8 p- YIIC的结束信号为：在SCL线是高电平时，SDA线从低到高的跳变。
9 m+ w- Y: U! p/ l3 B
. |7 B; t/ m' T% h2 I因此使用这种方法可以模拟IIC时序完成通讯。

+ H' h" E( S+ q$ R" t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。
3 N, N6 f, H; |3 n  b# U# K
$ i4 B3 \9 G# \  M2 w$ h; [) g( W& GSTM32中的硬件IIC   
, {/ H8 h: \9 z! g5 I  gSTM32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。
1 B" z" o/ Z; L+ }2 e
: ]9 h3 ]" }! d+ \7 BSTM32硬件IIC优势：
) v. c) s; v( M4 _* m# D1.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。
6 t; Y8 s7 s7 X+ k2.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。
% K" L& t8 i. I- k3.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。
: J+ Q+ V: V: a4.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。
2 `; Y, g3 n+ y* e* J, ]9 @/ [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。
9 c+ H7 @2 u4 u; c+ C
; L' T$ u9 T( F! {

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. {
   
3.   hi2c1.Instance = I2C1;
   
4.   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
   
5.   hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   
6.   hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
   " C0 V0 O. c) O! @" {9 i$ e" t( i2 ]
7.   hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   
8.   hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   
9.   hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
   7 m8 |: R+ H5 ?! m3 A
10.   hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    ( L: M1 C. f. f  ^: ]
11.   hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
      p  V# ~; F/ B! U+ x
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    
13. }
    + E% ]8 t* w8 n# V4 C' `9 l' Z
14. 
    8 G8 g4 e6 K: o
15. 
    / F; e/ U5 ?( H; v& Q& L- c
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    & |4 l' L5 h4 p) o
17. uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址
    1 f, S7 v. ]" Q  ]# ]
18. HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, deviceAddress, &registerAddress, 1, HAL_MAX_DELAY);

复制代码

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。
$ z& C5 F- r& W! S) K

0 e2 H  q( b  B2 j5 WSTM32硬件IIC缺点：
2 r9 w8 x! C9 d1 \# T1.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。
# z/ H( e% o2 ~" w4 W% `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。

3 a( v# U1 L/ }$ _1 {) V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。
; x6 S' U) d- z/ w  ^- s, P% B
9 z, N4 J6 J. T8 ?7 R( Q

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