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。

! ~7 w  w) B! q& @1 l  \+ G( }( @" V6 ~

4 d0 r& k; Z8 T9 l. T7 SIIC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。
2 \$ e% h4 f8 w* ^5 |& a
$ \% d; D0 d4 I2 [/ ~
. V% w' B+ [& p, U4 \0 S
" P- y) ?  x! y; x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。

) B5 `  {8 D7 u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: B+ T: e5 L" m/ B5 q/ K" x
5 s# u0 w0 i$ d- \% J7 k1 d9 D
0 b; g0 a/ Y$ b. |1 H( t2 u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
   / O+ O) e- j4 t3 q2 v8 B6 Q
2. #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6
   
3. #define IIC_SCL_PORT GPIOB
   
4. 
   ! b6 p, I- K. w6 @# T
5. 
   
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
   
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   
8. 
   , _8 C- \' ^2 X' }0 v: q
9. 
   
10. // 定义读写控制位
    8 k# ?; n: |# m  f2 f& O8 {/ w* y# J
11. #define IIC_READ  1
    
12. #define IIC_WRITE 0
    
13. 
    
14. 
    
15. // 定义函数
    ' i  N( b8 t" @) h" M! w: k3 p& @+ u
16. void IIC_Start(void);
    
17. void IIC_Stop(void);
    
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    + E/ T0 }5 T$ q' G7 p( G6 u
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    3 ?/ q2 ^3 ~0 c2 e+ {$ o
20. 
    ! z. u8 N9 b* _( d2 `# C
21. 
    ' e4 \" ?$ p- u
22. 
    
23. 
    & b! f0 X$ r8 R; C
24. // 启动IIC总线
    & T7 g. f- [( D% h
25. void IIC_Start(void)
    
26. {
    
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);
      x( r5 h& q. j6 s; b. |) b7 ~0 N5 X
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 V- V9 l9 ~2 j& K& L
31.     HAL_Delay(2);
    
32.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
33. }
    
34. 
    
35. 
    
36. // 结束IIC总线
    ' _3 [7 @  d6 y. s! {
37. void IIC_Stop(void)
    ( i5 {( D) W- {; a. e, q' ^+ R
38. {
    , |# ~8 T: ~+ R; ]3 J/ U
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    : G" Z, \) P/ R4 _& Y& c
40.     HAL_Delay(2);
    : S* O3 V) J7 u6 ?
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    6 J+ b  P* \; ?% X
42.     HAL_Delay(2);
    % F' d2 h- E) M! M  f- E9 ~0 G
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    " x  C. n) V6 ?1 ~
44.     HAL_Delay(2);
    
45. }
    5 t- m; P$ ~. l; Y/ `1 t" K
46. 
    
47. 
    
48. // 发送一个字节
    
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
    
50. {
    0 h6 \+ K# ~6 W* {
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    ! m, ~8 f, q: e! E7 h$ F
52.     {
    . Q. F& |, W' a2 \" r
53.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    . Y& S9 x/ T( }$ h# Y' n" b; i
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);
    , m9 @! e: N3 D: a7 q: p9 A
57.         HAL_Delay(1);
    $ H* a# H) Y" Z0 _0 m
58.     }
    ) }" K* N7 }  {$ X
59.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
60. }
    , N' h, U6 n) ^4 I( ~; t( Z
61. 
    2 T# ?* H: x. h) D4 s/ S9 e9 ~- d
62. 
    9 R& c! s6 Z& i) S3 z  c
63. // 读取一个字节
    0 H8 ?& i# l! I) L9 X7 K
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    : x  N: B4 w' ~# c( G; {! L
65. {
    
66.     uint8_t byte = 0;
    
67.    
      h1 i% `+ c4 g% [. N% V0 p
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    3 b5 c' u  ]4 Q4 z& l
69.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
70.     {
    0 B. p6 G9 y% c; \
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
    8 q$ D: g9 u/ i7 ?1 c
73.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    3 A  _$ x6 a# c) `, W% r
74.         HAL_Delay(1);
    + u& \6 K8 ]; }- |1 a
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    9 q# d9 [% |2 H6 n% A( f
76.     }
    , Q9 v( H2 m) J
77.    
    2 W6 ^: ]0 y& T1 q$ ~$ r8 Z4 L6 c
78.     if (ack)
      R) G( z( P" P1 H8 P
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);
    
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);
    % U6 q2 {- q! j* p$ ^1 R0 l
86.     HAL_Delay(1);
    ; D. z: E2 k& y% x
87.    
    
88.     return byte;
    
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。

. }; a% h4 W# Q4 f) P$ PIIC的结束信号为：在SCL线是高电平时，SDA线从低到高的跳变。

( g& G7 Q) P) H2 ?因此使用这种方法可以模拟IIC时序完成通讯。
- z  H6 E) X; j3 C0 h6 S3 p
6 X, z. z5 P/ _. E% I2 g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。
4 O  e7 A+ m1 [3 V% i6 W- J
STM32中的硬件IIC   
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。
, {  d* U9 ~7 L5 x+ z/ v& g
STM32硬件IIC优势：
; @9 J9 ~, s7 {8 e6 z2 D0 Y* `) r1.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。
  L: B4 R/ m( j! Q4 C/ C3 P8 s, c2.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。
3.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。
, m# X3 Y. G7 W  o1 W! p' \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。
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。
/ R" e" B# h/ s; g

/ S+ N5 i* o% N
0 P, T- @3 ^% p3 K( x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)
   ( d. o8 i- I+ b1 a8 g) g
2. {
   " U  r3 G" ?7 y6 t" n- |' V
3.   hi2c1.Instance = I2C1;
   
4.   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
   
5.   hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   
6.   hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
   4 X9 _3 R, x; {2 d
7.   hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   
8.   hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   ' h& ~; J+ H2 X. H2 U, S
9.   hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
   ) T+ d9 ~! x/ }( n" e, L
10.   hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    3 g# e6 w1 O% A1 z
11.   hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    ! \" `8 S6 h: D1 E/ h2 ?" D
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    5 Y# O. H. ~3 }  G$ O
13. }
    
14. 
    2 O" l3 [3 p$ j/ }1 u* N
15. 
    0 X& C0 W% l- m2 O/ t* ?
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    6 j7 E% I3 V) F2 t5 _& I2 u
17. uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址
    7 C+ _' G+ d& a+ s) z' P' }3 N6 W
18. HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, deviceAddress, &registerAddress, 1, HAL_MAX_DELAY);

复制代码

4 k; R8 o% p4 a" `1 }0 X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。
! V& W' ?# _! P  Y3 B* U

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。
- S& |8 B6 A1 O" v- x5 e2.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。
5 f( d! l7 y! }9 X3.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。



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