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。
% q0 R! B" H" w  S" N. D


IIC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 B: a- L8 Q' X9 @1 M9 x
8 l  ?8 |1 H) s0 x, U8 ~
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。

软件IIC
7 O0 T. t7 Q' ?6 A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。

4 z" G! }6 ~, U, O7 J
+ g( g" c* O: R# }7 Y& V) c
4 D% q, L$ X0 P: v/ ^7 i) k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。

/ g, P6 L. p& l  G9 q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
   # x9 D. m0 X2 N2 L
2. #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6
   9 {! x: t: B0 q7 o( f# S' k' ~& N
3. #define IIC_SCL_PORT GPIOB
   / l6 y; E% E1 M' Y' I5 }
4. 
   " ^; e( p# b/ F6 m7 m/ `; W, s. H
5. 
   
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
   $ T% K: n1 i  {. t# g
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   % i# z  k6 K" J; }" z) P% _
8. 
   
9. 
   ( ^7 R! B4 C' h$ ?9 b
10. // 定义读写控制位
    
11. #define IIC_READ  1
    * F: Z' k1 a+ C, N, [
12. #define IIC_WRITE 0
    
13. 
    
14. 
    
15. // 定义函数
    ; H6 [! h9 `' e; x3 ^
16. void IIC_Start(void);
    
17. void IIC_Stop(void);
    % t' J7 e: v* k$ L# J) y% c
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    # G- p! Y% ~$ Z* Y2 S
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    
20. 
    3 z; G# H6 }. H
21. 
    
22. 
      b2 H/ k9 [2 r3 z) E7 u
23. 
    
24. // 启动IIC总线
    6 J/ t7 a6 u. J
25. void IIC_Start(void)
    / v. b: |% {+ k" _7 N, [
26. {
    : C' e& a$ i. A+ V5 t
27.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    $ h7 o6 N+ d4 K+ n' A: E2 C" u; v
28.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    * a' i' x! E' X/ y* c6 W
29.     HAL_Delay(2);  // 稍微延时，确保时序正确
    3 \, b1 a! ]2 |0 O5 `" t
30.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
31.     HAL_Delay(2);
    - S: [6 f& d) |9 g8 R' I
32.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    & X$ t* j* [9 ]4 p4 X
33. }
    
34. 
    
35. 
    
36. // 结束IIC总线
    
37. void IIC_Stop(void)
    0 R& ^! l1 u: |2 J3 {* y: @% }! ]9 t/ d+ t$ x
38. {
    
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
40.     HAL_Delay(2);
    & g& D5 T+ M- s& t( j/ O# {
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
42.     HAL_Delay(2);
    ! Q; g+ z5 T# b
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
44.     HAL_Delay(2);
    
45. }
    + J- U; ~  q/ _8 s  T5 o8 @
46. 
    % u4 ^! a5 t( `6 I" h2 g2 W2 F
47. 
    5 ^# ~# r: L& U$ d
48. // 发送一个字节
    8 v5 _5 [* `! D: D
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
    
50. {
    + T8 \1 Z/ q' K5 t& y2 Q" Y0 B
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
52.     {
    - _% u0 @- W3 j
53.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
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
    3 A. Q: U0 b: o/ N
56.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
57.         HAL_Delay(1);
    ! P4 ^6 w" x9 z3 U
58.     }
    
59.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    + ^: R! `. j- U3 N8 f
60. }
    ; N/ N# Y" h! [$ F
61. 
    
62. 
      H" A6 F- h4 D& c) u
63. // 读取一个字节
    * u6 h8 f% p# l+ r: F2 ]# o; t
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    
65. {
    
66.     uint8_t byte = 0;
    
67.    
    : j3 D( }8 I/ R- |' J7 k6 {- v5 G
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
69.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
70.     {
    1 ~+ q+ f! }7 P0 T
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
    * x' i# e7 W- B0 n& X3 E) e
73.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    ! s$ n* q1 F; `8 n, q
74.         HAL_Delay(1);
    
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    
76.     }
    , \) n; @/ l, B9 Z' P8 a
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
    / w$ {6 ]1 P, E) Y" b" e
82.    
    
83.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    . X) G8 t1 E4 i4 V
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);
    4 I% }; E* s8 Q2 ~
86.     HAL_Delay(1);
    # z/ n+ H0 ?. s9 i
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。
! [* D+ \0 o3 m6 Y# B; B0 G8 P
; e0 z# U8 B; n& D1 |. l1 YIIC的结束信号为：在SCL线是高电平时，SDA线从低到高的跳变。

因此使用这种方法可以模拟IIC时序完成通讯。
! U) g- |! g) q1 ~3 B
( O' d$ d; Y8 ~  L& J- F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。
, K- q! P, \$ z  J. j
0 \, U8 ?  S) F9 Q, `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。

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。
. M0 p+ X! m7 l6 y' Y2.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。
+ ~  h4 z0 j5 a* o  z$ s3.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。
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。
5 X* P8 V9 ~2 E  S" _) w: t


5 E$ T2 N) I$ y# R; h5 p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. {
   # K- t5 h8 h& u% o6 F: l
3.   hi2c1.Instance = I2C1;
   
4.   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
   
5.   hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   
6.   hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
   . O- u7 ^$ c0 }% R& g$ [' M3 N; Z$ }
7.   hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   
8.   hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   
9.   hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
   
10.   hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    0 u+ h3 ~& G- e% C' {) D
11.   hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    / R! z6 \1 _; k1 p: q& E
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    ' S1 V1 c/ K" _
13. }
    
14. 
    
15. 
    / o  h0 E, Y7 L
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    ( B7 E3 w/ `; H, I8 B" n
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

7 W7 |' v  z. a0 a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。
8 U# k: Z: E9 `1 e

STM32硬件IIC缺点：
# Z; H  }2 j/ [( ?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。
" v: i/ M  O$ N  T5 q7 c2.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。
9 b& i# H: M4 R& T( u; A3.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。
; c, W# X% Q& s- B


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