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 w* c# c+ k+ ^: M5 d+ K7 P! s

" Q. e1 ]1 j  A3 WIIC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。
& D% {- I. E  o

# y1 N" b& W9 ~- w% @
; f: j. b9 y6 k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 F. p2 [3 a" X- [3 e; L% r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。

) {" d9 T. v- @8 N# r/ \2 C) |

* l$ p9 R5 {; X0 Y& p2 s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。

  O1 ?$ ^* Y, N  w: P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
   * Q6 y0 S; h3 S0 d
2. #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6
   
3. #define IIC_SCL_PORT GPIOB
   % e9 k* E& W) \* {- J* _, m6 {% P4 s
4. 
   ; j- f/ r9 L- |4 l
5. 
   & z( ]" c" {& p
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
   
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   
8. 
   
9. 
   & H+ N5 R* H' u% Q+ g+ \" X9 ]9 y
10. // 定义读写控制位
    $ @7 x& B: j/ Z% q; w+ |
11. #define IIC_READ  1
    
12. #define IIC_WRITE 0
    4 a0 {4 E6 y; U' |
13. 
    , H; d* K; O" u& w1 o  n7 f, e, R
14. 
    2 G; R) l; [2 M" C% A  y
15. // 定义函数
    6 J" k, I6 J9 t6 M) E* v
16. void IIC_Start(void);
    ! d% L0 s6 b/ @! `; g; g
17. void IIC_Stop(void);
    0 Y& J4 O9 J' R' A5 i/ ^
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    0 T8 Q0 M& o# ^* X* d
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    5 T; \2 g, R8 c6 _% v
20. 
    
21. 
    
22. 
    
23. 
    ' X. M: Q( R0 P( |/ v
24. // 启动IIC总线
    " r% a2 Z0 E, m( C& l' Y) `
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);
    
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);
    
32.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
33. }
    7 `6 r' |$ L) D* V% R5 g
34. 
    ; ^; m- b2 D' v1 A$ L" X! F  P
35. 
    
36. // 结束IIC总线
    2 y$ t: e9 n, ]. D& {: m
37. void IIC_Stop(void)
    
38. {
      F/ d( O. X' h' Q- i8 \
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    : O7 @$ I* l/ X" U# U
40.     HAL_Delay(2);
    ( p) p, T6 Q* ~+ k
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
42.     HAL_Delay(2);
    7 H  _3 B  }5 ]; `4 l
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
44.     HAL_Delay(2);
    % h" i  n' y* Z0 F/ v
45. }
    
46. 
    4 J9 R# L) f8 ?% O9 t$ J* ]
47. 
    4 ^$ m9 l- M. |7 I2 H, a
48. // 发送一个字节
    
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
    
50. {
      D+ N# n% z% J; ?8 q
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    : [! X$ j  F3 \* V$ o
52.     {
    
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);
    
57.         HAL_Delay(1);
    
58.     }
    
59.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    * J% B8 k- R. ^% z- {5 W/ \
60. }
    / s: t2 P: W4 T$ g9 i' I& i
61. 
      U% O2 H! R9 V3 M( S1 q. H( u5 L
62. 
    ' F- w' n* J' B
63. // 读取一个字节
    1 f! t0 o! @/ R1 V' U3 O
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    . C( x! M! B( p
65. {
    
66.     uint8_t byte = 0;
    " j. n/ R3 Z  V! C2 ]9 x
67.    
    
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
69.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    ( W  Y. A# C/ R. r9 h
70.     {
    * p2 B; P8 P( Y0 A" w. M: W
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 C2 |; W* Q, \* ^/ N5 F
73.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    % O4 z" f4 ~, I) U7 j
74.         HAL_Delay(1);
    : }9 ?: N3 `- a8 ^  |" B
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    
76.     }
    
77.    
    9 j# I- T$ }+ @9 ^: m& K0 l
78.     if (ack)
    * X2 g6 ~6 p" n- \5 ?+ e0 ?3 z5 b
79.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送应答
    
80.     else
    9 H( e0 C! H6 P
81.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);   // 不发送应答
    ; U. {% A, E2 u8 q5 T7 f( t' Q
82.    
    " W' _( R& [2 Q. m3 P
83.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    ) ^6 L  }. C& C7 F0 v0 W# E  S
84.     HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确
    % `& a% v/ h3 Z: l$ q9 W* `
85.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
86.     HAL_Delay(1);
    
87.    
    
88.     return byte;
    2 I4 }$ j& j, b2 E& X$ g
89. }

复制代码

: i# }0 p2 |9 O9 `/ c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 i, i: \8 f  j9 z2 q* f/ Q' ^
IIC的结束信号为：在SCL线是高电平时，SDA线从低到高的跳变。

& P0 z- Z! |6 @因此使用这种方法可以模拟IIC时序完成通讯。

) m& u3 k/ y# U( E: k: B- ?2 k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。
% P- o. l" F4 q: w* T4 O
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。
, y4 W/ r4 D- U' j$ F/ X
! ^+ [9 ^$ f' T1 y; \STM32硬件IIC优势：
4 [# w7 s- d2 |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。
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。
: {5 A: S# l9 n2 t; i2 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。
# r) M. S1 z" e# w, n4.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。

) T7 B" a2 {0 M/ E6 Q# I, c7 c
! p5 N) A5 x3 l9 f* D% i
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)
   ' G$ T  t8 [; m& v* X
2. {
   9 O: y. i" Z. i5 j0 j6 k9 d
3.   hi2c1.Instance = I2C1;
   " o/ F# K& ]3 v
4.   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
   
5.   hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   
6.   hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
   " V; O, B2 K/ b
7.   hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   
8.   hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   
9.   hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
   9 J: A6 Y3 }  S* A( m
10.   hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    - R$ S' Y% H6 K) [* D9 u
11.   hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    2 w0 ?% I2 K- ^% d
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    ) J0 ~: I/ r1 H2 d5 O/ t
13. }
    
14. 
    + K* e% w! E: }/ I4 p; a0 ]+ r
15. 
    ; J+ o. A* k- {6 h1 N# I& C
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    
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

- s/ Q  [9 c( C! q& w& t9 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。
; i# s8 L3 q) _5 j& R  Y7 A
. ^' t- e, z, a4 P* ~5 \# G3 G
STM32硬件IIC缺点：
2 n# u3 R, W. Z1.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。
( U3 b% \! W: r3.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。
5 \# [+ K1 O" f4 s7 x% M
0 V  J$ {  D  L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。

" h  e) x/ @0 z) u

转载自：电路小白
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