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。
, x5 G+ [4 A% s7 O/ `4 H


! d, _- B( z4 }  }. h5 b' AIIC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。



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。
# n7 Q2 c3 `. z" r& v# i" @
软件IIC
. @6 U' `+ s" c! {0 p4 m: J# 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。

% e+ d, Q6 ]9 j
+ T: E1 C+ c4 Y, ^2 {
0 ], p, M4 \8 D2 y6 H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。
! `! }" N" C& c% N) W
& E1 Z& J8 E  B/ N0 W; 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。

1. // 定义IIC的GPIO口和引脚
   
2. #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6
   
3. #define IIC_SCL_PORT GPIOB
   . z) I" O2 R; w! K& i  O+ [7 r- N
4. 
   
5. 
   
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
   ) h- n9 f* d  p
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   ) K$ K% I' x8 O6 s2 F, v
8. 
   1 k9 y+ F$ g. M
9. 
   / y4 o/ R2 g' M2 V" E3 ^* V# H0 z6 m, h
10. // 定义读写控制位
    
11. #define IIC_READ  1
    
12. #define IIC_WRITE 0
    # s* a& e( }7 w3 W
13. 
    . F3 X  v' k( Q
14. 
    
15. // 定义函数
    
16. void IIC_Start(void);
    $ t0 d! [- i2 v9 i4 x
17. void IIC_Stop(void);
    
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    # H. M7 q5 @- A4 K% K$ U' V
20. 
    
21. 
    . [5 \. L, Z6 r, ?2 Z, H
22. 
    ! V  V4 j* D6 o" x( W0 [
23. 
    8 A8 j# n1 k! ^. D/ R. Y
24. // 启动IIC总线
    
25. void IIC_Start(void)
    1 Q  |  t& \0 R: [* Z1 }
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);
    6 [  `  W! Q" c7 m
31.     HAL_Delay(2);
    ; M9 E# ^# {9 T; I
32.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
33. }
      V/ O5 C& c6 n# A) c' K3 B7 n
34. 
    / d9 I* o5 ?' B. y: U
35. 
      `7 g- F, z# z7 t" s
36. // 结束IIC总线
      }! Q  U7 a/ D7 }# E6 W
37. void IIC_Stop(void)
    1 y5 z3 g; U+ Z, a  i( `+ j
38. {
    
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    ' O2 f% x$ M6 \; |6 v
40.     HAL_Delay(2);
    & A3 H) B  z; v
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    6 R6 g! T. {. p, L: e8 W% r% f- d
42.     HAL_Delay(2);
    / _" w# R4 c/ s. f1 L
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    9 `, E, L* F( b0 }7 N. W  E$ m7 W
44.     HAL_Delay(2);
    & [. e5 ~; n& o0 c$ ^+ h
45. }
    2 Q* h$ f+ ~2 s! J
46. 
    
47. 
    
48. // 发送一个字节
    : l- Z- O6 n9 E5 M
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
    
50. {
    ' y' O1 P5 r0 c, V! S) o
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    ! J; U( B9 H! x* D' g
52.     {
    ! @$ V. g2 R3 b
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
    $ e. u+ D9 ~: i2 U: h
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);
    
60. }
    " M) I' Q7 J) q( o+ }
61. 
    3 x9 f7 f7 u+ x: i' t; g
62. 
    
63. // 读取一个字节
    
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    ) w3 U6 E1 ~2 Y- ?5 B
65. {
    % a* g+ A$ I6 ^
66.     uint8_t byte = 0;
    
67.    
    
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    5 _1 ~0 a, G  ?  J( E
69.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
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);
    ' h+ S# F; u$ k
74.         HAL_Delay(1);
    
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    # \0 M' l' ~. P. f+ c
76.     }
    
77.    
    " s2 L5 @, i, }6 @' q- o
78.     if (ack)
    8 w$ ]# k: h6 p1 ~
79.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送应答
    , @9 W0 y4 H9 i$ ~8 O! ?6 p  q
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
    % l! f7 S) c' _
85.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
86.     HAL_Delay(1);
    * j0 p' B, ]: U  y  X& r
87.    
    " f' B/ R! p8 H' y: @6 L6 r6 j  |
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。

' x9 L. D9 {8 J8 b6 [0 NIIC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。

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。

% V1 a  d! E4 R3 ~9 H' T% qSTM32中的硬件IIC   
& N8 D; i- H, b3 A* [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。
  |6 k* q& S3 Z
* _7 h1 f2 [: h+ U5 r/ pSTM32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。
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。
& E' T- h4 Z# N6 E- X9 G3.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。
9 J2 e# N: q& i: }0 c" z) w3 I4.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 P& K* j, N" T( _) `1 @8 w, z


3 N2 Y4 J8 |8 J6 S0 s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)
   , a6 B2 a4 h8 E6 o5 h3 w" R
2. {
   
3.   hi2c1.Instance = I2C1;
   : Y% ?$ C9 c" `9 b3 v( r
4.   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
   ! m) L  h1 T6 Y/ C2 L" R
5.   hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   6 b# G6 N9 r1 p. d4 D& \
6.   hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
   
7.   hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   & a; D/ l4 n3 t4 W8 \/ y( {" X: S
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;
    
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    ( D5 k& `' e- x4 Z
13. }
    
14. 
    + k1 p6 s, m8 Y' B( Z. {
15. 
    / [0 B* j- q, f1 K
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    
17. uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址
    0 K' Q9 ?0 Y1 u" ]$ ?% e
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。
) s- q6 Q0 L" {! _
* l7 s. R4 U: q# ]8 r5 x" g
STM32硬件IIC缺点：
5 D  u7 D# q+ u5 P4 q; k, \& I1.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。
3.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。
$ L0 O, H: T: l+ T
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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; J% k5 B  P7 q5 [+ B, i) S
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