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 K4 g/ ?# v; ]$ l- D6 x, F+ {1 CIIC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。
6 g! O+ h# P4 H


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。

' N5 C# A5 q4 o6 g( F: x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。
: J; G# }  Q$ J, v
$ G2 @/ _: W, X( z

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。

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。

1. // 定义IIC的GPIO口和引脚
   
2. #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6
   & K! N. H: M9 {- |1 p
3. #define IIC_SCL_PORT GPIOB
   ) n) z) g% f; M. }) r1 C3 y7 y
4. 
   
5. 
   
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
   
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   2 D  G/ K$ C- y# b! s( o5 w5 H8 y
8. 
   7 i$ H) O/ }# q) y
9. 
   + ~- h+ A# X2 i
10. // 定义读写控制位
    * v$ O1 u, a& H* |, y
11. #define IIC_READ  1
    0 F# `5 q% p) @1 ?, D4 R) A: A, Q( u
12. #define IIC_WRITE 0
    
13. 
    - f4 K7 `) q- h1 W# t' s+ r
14. 
    5 d) I. R! m% |; i1 W0 d& o% N! A) v) L
15. // 定义函数
    
16. void IIC_Start(void);
    
17. void IIC_Stop(void);
    
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    
20. 
    
21. 
    6 W) @$ X: Y; `7 C+ a
22. 
    
23. 
    
24. // 启动IIC总线
      y7 |  j( H# |$ u
25. void IIC_Start(void)
    
26. {
    $ R6 G# S& T7 q* [' d* N, r
27.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
      e0 {" \4 j8 k' V$ B! v
28.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    2 b8 G" v, }) P' |; i  g# \
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);
    8 F; \( K4 J1 t
31.     HAL_Delay(2);
    3 t1 }; M* b& P7 v" v' W, ?4 K
32.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    ! C) Y* A" t9 Y2 a+ ]( H7 i) w- z) u5 i9 k
33. }
    % {/ s4 n/ p4 n# v* ^, C5 D
34. 
    / n4 d) U4 i# M# w
35. 
    
36. // 结束IIC总线
    7 Y1 \, ?/ r; U) M) w
37. void IIC_Stop(void)
    3 ]0 ]2 O, a9 [/ b
38. {
    
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    5 G6 [& g1 D5 _9 J. N
40.     HAL_Delay(2);
    1 ~0 o5 k# }" ~- M
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    6 E1 H) v- {. T
42.     HAL_Delay(2);
    
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    2 G5 I- S" `( ^: c
44.     HAL_Delay(2);
    5 l. o- u. ~) S" C
45. }
    
46. 
    : m7 ~) F) c/ p4 ?: }& \  g8 W  V
47. 
    
48. // 发送一个字节
    
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
    
50. {
    5 l% t8 ], M0 V6 O3 v- s
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
52.     {
    
53.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    ; ~% y. f) i% ?4 m5 [% |
54.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, (byte & (1 << i)) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    ; Y3 @/ v2 n4 x  {/ w
55.         HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确
    4 _) U  D( [2 x. G
56.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    - @1 x1 e' V  X! ]4 C+ j) J
57.         HAL_Delay(1);
    
58.     }
      _! D7 {, Q, r8 f% Z) ^
59.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    : x0 Y/ g- @3 n0 \
60. }
      A( x" Q" @. h; W! p. @" [
61. 
    " e! R3 \2 A( G& ]! N8 D8 m
62. 
    1 N5 ^, }  U- r2 J4 p
63. // 读取一个字节
    
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    9 l# o: L) u. \- Z
65. {
    
66.     uint8_t byte = 0;
    
67.    
    " a, i5 Q$ f1 m! R% I! V( ~
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
69.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    8 ]# P% I+ E2 r5 k, Z$ l0 T
70.     {
    " `4 d% z) y- @- T
71.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    " e. g+ V5 N9 A& W$ [
72.         HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确
    : z2 i( C5 M0 b, ]6 z9 Y
73.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    / }; G  G0 F. A
74.         HAL_Delay(1);
    
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    , P- S0 G+ J4 L3 Z
76.     }
    
77.    
    
78.     if (ack)
    & r: I/ Q& j6 U, b2 ^1 o; j
79.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送应答
    % `/ f2 T$ `0 R% ]0 t2 D  N" b8 x
80.     else
    5 d# `" \: ^! o' [, y% F. B% g' R5 f
81.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);   // 不发送应答
    
82.    
    : q2 i7 @0 Z9 O/ Q% g2 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
    9 l% h: h  K% O1 {, x
85.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
86.     HAL_Delay(1);
    
87.    
    
88.     return byte;
    
89. }

复制代码

! u. V- j: |1 S6 l& _4 R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。

- j8 `+ `! N' v1 c: h7 f( fIIC的结束信号为：在SCL线是高电平时，SDA线从低到高的跳变。
! k3 R* t8 |! J: h: k* j
; f4 [# _; n! c6 E, `* s因此使用这种方法可以模拟IIC时序完成通讯。
6 P( q% G+ \7 }+ J2 \% m3 t) m
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。

9 J# [7 {1 Y) F/ G0 `; B1 ?STM32中的硬件IIC   
; r! a$ u- o8 \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：
, Y0 o3 K  Y/ s* \* Z. V9 ^! D; F1.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。
2 B2 g3 a/ u+ [" J8 \+ H3.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。
4.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。
& V2 H* \  z/ ^1 E8 A# [& N5 s5.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。
4 b: H8 W/ `% D& L9 F8 D( O1 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. {
   2 X0 n3 v8 @3 s
3.   hi2c1.Instance = I2C1;
   . y& w/ O) A$ C
4.   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
   - G0 t8 D7 g2 f9 l
5.   hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   
6.   hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
   9 e% o  M5 R: l' v, R
7.   hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   3 k  e( ~0 I! b$ s  M
8.   hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   
9.   hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
   
10.   hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    
11.   hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    
13. }
    " z( X$ X9 q7 Y6 i8 W5 e2 G
14. 
    8 M8 j7 u0 d2 e7 [& R
15. 
    
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    ( r# b- L# E/ l# L! O
17. uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址
    & b* h) ~- ~' H# n  D0 M1 O
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。

' Q; }7 X2 J4 N' ^8 x. M0 i( }
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。
1 I2 @* W4 [. k5 x2.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。
% t* w% I! G: J: M3 r- J( A- U3.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。
6 o3 G' g  x! U5 E
" n/ T+ X) M" h! q  w# g& |1 s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。
6 y* ]6 x# G$ ?% O4 k6 p1 j
! Q; n# ~+ {, @8 |

9 D* [+ M+ ?- F2 _转载自：电路小白
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