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。
9 e1 u; f! f, r) A


- U8 l$ Z) F, t( p4 R# {3 [* D8 IIIC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。
' e1 d2 k1 ?: u6 x
. e% A7 J, z, A" M: \. T

) g; [  Y( F- \( }9 z1 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。
, G& @( u) L0 F1 Q9 T6 E
- @- Q8 h/ r' U% F" G+ u! G" q7 U软件IIC
. o0 z; j: E5 w/ l" B1 q4 D3 V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。


. ^. k1 k3 m  }2 g- ]! p
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 B7 E$ j3 |: Y
' E* G' t3 c8 _% x8 ]% E3 K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。
+ J" ^. |+ s7 C0 m1 M4 f8 k9 x. u

1. // 定义IIC的GPIO口和引脚
   
2. #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6
   ! i6 ^- L- z' q- g% R+ u
3. #define IIC_SCL_PORT GPIOB
   
4. 
   ' t* i5 p! Z) T5 [
5. 
   
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
   ( I0 y3 {% a  s( Q" E. ]' a
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   : R& w2 r' {- N; Q5 C: u( u3 p
8. 
   % o( ~$ F, {  r0 A% h8 N4 N
9. 
     H6 O/ O4 J( n3 z0 i% C) R0 U: ?
10. // 定义读写控制位
    
11. #define IIC_READ  1
    % v5 o7 W. n3 q+ n3 `( g
12. #define IIC_WRITE 0
    * S" ~" n8 t3 C, \0 f
13. 
    
14. 
    
15. // 定义函数
    + I, o- F: I. b8 D5 \" H' W
16. void IIC_Start(void);
    
17. void IIC_Stop(void);
    4 |8 |2 j1 o) Z1 N# R& g. L! O) h) s5 C
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    5 b) ~9 R% G- U
20. 
    
21. 
    
22. 
    
23. 
    
24. // 启动IIC总线
    
25. void IIC_Start(void)
    * c; @6 r1 V5 ]$ V% W3 |8 m. Y' c
26. {
    ) K2 f$ d6 K5 a% |$ ?
27.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    5 j7 e' D' D2 l
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
    : u/ Q8 Q7 v4 h" _
30.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
31.     HAL_Delay(2);
    2 n. {% m/ @) L6 T2 m6 o. [
32.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
33. }
    
34. 
    
35. 
    ; K$ X  C/ m' O, P' S+ h4 }' s$ U
36. // 结束IIC总线
    8 E; X7 l9 _8 x/ R3 U( h
37. void IIC_Stop(void)
    % [# B0 m2 y& t! L2 t
38. {
    
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    3 T6 r) j/ P: D: A0 V
40.     HAL_Delay(2);
    
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
42.     HAL_Delay(2);
    
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
44.     HAL_Delay(2);
    
45. }
    
46. 
    4 T+ N* o; T* D7 d( l
47. 
    5 D9 g% F8 I% S. o' F0 F
48. // 发送一个字节
    2 w# E8 h! ?* ]* Y2 r4 U7 N1 Q
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
      q1 `5 I8 G. {
50. {
    
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    , S1 `- x, f8 o9 u) g5 b7 Q3 F
52.     {
    
53.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    0 h$ b7 D& o' g3 {8 }
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);
    / }- b) d* E( o; N) Q+ ~
57.         HAL_Delay(1);
    
58.     }
    
59.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    1 s+ U9 ^0 G2 b) x! q6 A" X. ?
60. }
    
61. 
    $ c% E7 H/ x' s/ b7 m
62. 
    0 P' D8 H- U3 c
63. // 读取一个字节
    
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    0 \6 C* s. y+ M& O: M  H0 h
65. {
    - y) m6 u: @, X
66.     uint8_t byte = 0;
    , S2 e! W7 K  d  x1 {* G
67.    
    
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    - c" x5 V, {3 Q# d2 O9 a2 o# s
69.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    3 {8 V8 i6 w/ c( h
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
    
73.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    ' }) }7 E, C( j
74.         HAL_Delay(1);
    9 b; ]8 e5 B: z7 F
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    
76.     }
    7 A% _" s& j0 Z
77.    
    / ]1 V2 K  e2 N2 V0 {
78.     if (ack)
    
79.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送应答
    - Y/ Y: B) U/ u1 S8 p
80.     else
    
81.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);   // 不发送应答
    ; ?+ k+ z, W# R. R2 O) N7 ]5 Z
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);
    
86.     HAL_Delay(1);
    ! k% f6 U+ w" T7 ~) B; ^; E
87.    
    3 A# }2 h- ]  o% m+ `' n# k& c
88.     return byte;
    0 L: v  K/ a/ P  j4 v
89. }

复制代码

! v$ P6 p, C* v/ _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。
2 J& i" F7 V6 ^
- z+ {: l/ R( `5 R; iIIC的结束信号为：在SCL线是高电平时，SDA线从低到高的跳变。
' ]' m1 w8 ^+ q& h
因此使用这种方法可以模拟IIC时序完成通讯。
7 @  Z8 v( t  w+ P
% H0 y# v, F; b% v; P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。
& A- r" D+ _* \+ ^/ I9 W
  u8 Q7 l2 h( f0 LSTM32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 j( e- K8 ^! s2 `/ _; ESTM32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。
, g" w- M. x, @& t8 _: X& G2.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。
4 v; t3 n' c# E, R3 V3 J3.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。
$ z+ J! |6 {0 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。

* p- N/ W, ^5 T: d& o5 j! ?3 [
0 e& M- M+ t# E9 Y' @( a7 ~8 `
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;
   , A+ y& z( C$ c: J
4.   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
   " [2 s: v& B& \* Z5 d2 C$ z8 R1 q
5.   hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   
6.   hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
   4 b6 c1 G4 U' j, Y6 l- \
7.   hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   % a( o5 W: q5 h6 |- |. I
8.   hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
     F$ k7 U: W9 }- X3 I6 Y1 w
9.   hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
   
10.   hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    ) D) V5 ]- G2 X% g; [8 R+ Q
11.   hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    . R" d/ {' ~9 q4 p% K# V
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    
13. }
    6 T4 Y" r* h$ O
14. 
    
15. 
    
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    & i  j  M7 r4 U7 Z+ e8 c$ v* X
17. uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址
    ; e+ S- s' {$ }* N
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。
  ]+ Z7 g+ C+ t2 m1 `' N
2 C0 ?! s# c  ?; U! e0 y) C
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。
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。
+ s2 [" ]  @% Y2 _/ I3.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 p, p/ w% n) E* h5 R  Z! p  f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。


, i6 x: }  ?3 a( s! V  V3 ^
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