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。

8 e+ {+ y0 l% O7 m9 y8 N

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。
* _8 i$ F) O3 U5 M2 E

6 g! a' ]2 S- P" L8 \" E! G
9 R0 E5 |& Z- G- Q6 J; @$ w1 l/ L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
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。

$ ^9 J% c% J; ~/ ?  `# y, `
  F1 t: L0 P. Z1 \1 G' I1 K  b* r
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。
. M2 I9 O$ w( S+ m/ ~2 M

1. // 定义IIC的GPIO口和引脚
   
2. #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6
   
3. #define IIC_SCL_PORT GPIOB
   ' v9 M( p0 I1 ~' P- X
4. 
   ' k4 i9 i  z! E1 _# F; @7 @7 _
5. 
   
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
   ( p8 I2 V8 c. v, H2 V8 F
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   
8. 
   
9. 
   / g8 w5 K9 W2 F, o
10. // 定义读写控制位
    % v2 g2 d! L2 p4 l& T  B9 y! X
11. #define IIC_READ  1
    ( t) t0 S' r1 D8 j/ t. l$ D, [
12. #define IIC_WRITE 0
    
13. 
    
14. 
    
15. // 定义函数
    
16. void IIC_Start(void);
    # ?/ u3 r6 v9 j+ T# A+ F) g( R
17. void IIC_Stop(void);
    : @9 O! v, c* ^' V4 T
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    
20. 
    $ i. M2 |( T) K2 P9 e$ N# c
21. 
    4 o! d6 ], ^/ b7 y- S
22. 
    
23. 
    
24. // 启动IIC总线
    
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);
    0 k9 r1 M7 i/ m; g% i! _' B: 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);
    
31.     HAL_Delay(2);
    9 Y" {8 T- z+ K" N
32.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    / n$ R: C$ u1 B( _  |, \
33. }
    
34. 
    : ^$ o, |+ R6 h
35. 
    7 u( H! V9 i: ^
36. // 结束IIC总线
    
37. void IIC_Stop(void)
    
38. {
    
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    ) H, ^- L" F2 S1 o+ R- L- v7 D
40.     HAL_Delay(2);
    
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
42.     HAL_Delay(2);
    6 ]8 J% x' h# j. E
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
44.     HAL_Delay(2);
    8 ^* b; b6 \0 b* v0 Q- y
45. }
    
46. 
    
47. 
    - s! c* n8 \- o
48. // 发送一个字节
    " W  d; y8 r" t( k8 o
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
    
50. {
    
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    + L, h5 B+ n5 l: H8 l$ A
52.     {
      X2 `! T6 t2 _3 c
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
    
56.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    9 C0 z  j" l- Y( P
57.         HAL_Delay(1);
    ) e2 J: K6 z2 k7 c1 _. b2 W2 c/ y8 R
58.     }
    ! B4 {* d( U% S: W% l
59.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
60. }
    
61. 
    ' _& w) y$ ~% p. Q! a9 X
62. 
    
63. // 读取一个字节
    + U: s/ N7 k. M! N: x4 Z9 C0 d6 Z
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    
65. {
    
66.     uint8_t byte = 0;
    
67.    
    * ~* w  F3 ^7 i0 E+ [6 e- p
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
69.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
70.     {
    3 |: y6 M" G9 T' K
71.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    # w) X/ d) u& I8 J% b8 \
72.         HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确
    " a& Z7 N% z, G
73.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
74.         HAL_Delay(1);
    9 l$ a) r5 [! y8 H* A
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    ' {; ?  y7 i* ~/ t" b5 l/ p9 O% d
76.     }
    
77.    
    / S" A% X2 w! s, Z
78.     if (ack)
    
79.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送应答
    
80.     else
    + }( q/ {) `. Q" E- F. v! s
81.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);   // 不发送应答
    6 ?; K9 u1 }1 _% f: G* F
82.    
    2 [$ }3 \' t/ G. B% J# g
83.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    # v) S4 w- C( [+ |# y
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);
    ; ~& x; [% J! M5 w! L2 `8 K
86.     HAL_Delay(1);
    ' P* g! F9 O$ f( r  d* ~0 b
87.    
    . s  i+ j- K7 C5 t0 U, a8 a
88.     return byte;
    ) x4 ~9 l/ f0 ^- b  b( o
89. }

复制代码

: D/ i7 ?, K0 ?# o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。
; B2 h! L  i1 N/ U3 X6 b2 {# t
IIC的结束信号为：在SCL线是高电平时，SDA线从低到高的跳变。
8 p" G# b. N; ~  M4 `: K" B
5 Y% l5 W: m. K- r因此使用这种方法可以模拟IIC时序完成通讯。

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。

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。
1 _$ g2 S, ?, d$ `/ _" z9 U
STM32硬件IIC优势：
, q% K8 S3 ?, n, |+ y' L  `/ J1.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。
- ]' q" {- g' i7 T& b5 _* `9 O2.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 `$ H- J8 W# X) o9 d! r$ 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。
  j4 L7 P! I8 D' Q) l. `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。

3 Z( q6 ]; b& }  r; y* Q

/ O  Z8 g* f! D! r9 \: _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;
   # E, {! W4 ~! c3 @) t
4.   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
   * T+ Q' ]  e/ k% w- a" x. J0 Q/ J2 y: h
5.   hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
     r4 f0 f% b: c
6.   hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
   
7.   hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   , T0 j8 }) f: k4 N- n7 |- }
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;
    5 D3 v4 ]& H* f; j" p) y$ Q8 d
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    
13. }
    $ K* a# c8 }& f! C# U
14. 
    , j/ d/ F2 @" T, b# W2 @- J4 s& S- O
15. 
    * Z) b* i% Q  a  f$ t- I& Q
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    
17. uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址
    % [* u" \6 R( ]
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。
% M) D$ H5 r7 T2 P

STM32硬件IIC缺点：
! X$ v% M% ?1 Q* v1.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。
7 ^. v) [: _* b; l3.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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