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。
5 [! ?  n# C6 ?/ i# I
+ ?3 e& j% I6 [$ A2 Q$ O
- S) t; J# c3 Q/ Q8 x' `
1 P% v3 H# V% O* r% i: v8 Y; b( l- u6 {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。
+ }% ~9 x8 X  E" L+ L" Y  |9 ^
7 h  o6 J' @0 u) k$ e8 i, ?3 N
+ v( D7 e4 R8 P3 m7 g* L% T" X
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。
$ F8 B. t" W3 I5 Q$ O% G
9 F$ F, c( w( f) t软件IIC
9 ]7 N: R2 J8 I( c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 n/ b, D& }: w7 Z


: c& ~! i( f" s( O9 p. q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。

1. // 定义IIC的GPIO口和引脚
   3 m5 @+ H1 a- Q: d# `
2. #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6
   
3. #define IIC_SCL_PORT GPIOB
   / L, x- B& d; ^! O/ T
4. 
   
5. 
   & ?* G0 t( @3 a6 p" q" }$ b/ l2 o$ Y
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
   : Z: z: N( j/ `* t; j
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   ' e8 a2 c* ^; u
8. 
   
9. 
   * g& g0 y; g  I* @7 a) {* }
10. // 定义读写控制位
    
11. #define IIC_READ  1
    , G3 Q2 w: @- _& k- C4 e  P5 E
12. #define IIC_WRITE 0
    . X0 D) Z. H5 I5 X5 x; i" y
13. 
    9 H+ V. y$ X4 e8 Q! a1 {* Q
14. 
    
15. // 定义函数
    4 b& F5 {& x) e- A' @* d& Z" \
16. void IIC_Start(void);
    & Y7 y1 T# c2 C4 a6 [; f
17. void IIC_Stop(void);
    
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    ' X3 M& {# X- m/ \# |
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    
20. 
    $ [% A$ g' J% x/ s, \
21. 
    
22. 
    
23. 
    
24. // 启动IIC总线
    ' r/ f; w. ?; w2 y7 F, u1 E1 \
25. void IIC_Start(void)
    
26. {
    
27.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    0 \* Z# J( u1 W! v" D
28.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    - V6 |2 _8 o: N, _* x. H- e
29.     HAL_Delay(2);  // 稍微延时，确保时序正确
    : Z1 |& m( Z5 R7 D
30.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    / B3 t7 G% V, ^; s  j0 l9 O0 k; ^8 A
31.     HAL_Delay(2);
    
32.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
33. }
    
34. 
    
35. 
    
36. // 结束IIC总线
    ( m, Q, ]2 j& Z* w3 {7 y( i- b" \
37. void IIC_Stop(void)
    1 ~+ H$ [6 f2 g
38. {
    
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    : ]4 T. D/ r' r  l& e% N
40.     HAL_Delay(2);
    $ Z: r5 T* `2 [
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
42.     HAL_Delay(2);
    ' M' F" [4 l' d: E* U; d; V/ |
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    ; X# ~% J: a% U0 c, e$ H
44.     HAL_Delay(2);
    1 w5 O' c  [5 y# ^& o5 c
45. }
    
46. 
    
47. 
    0 T3 T- Y! Q, f" _/ P+ T7 f
48. // 发送一个字节
    " I/ _8 d: w+ l0 g( n! S4 H
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
      q  [6 B: k7 W4 z2 g
50. {
    1 Z& H5 O5 G6 |  b' N' [
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    2 C! T. W5 ]0 A4 K# K0 k- `
52.     {
    & `/ C- n) ]6 @  s
53.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    " b; Y% B- r3 U3 ^6 w  v/ n% ~
54.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, (byte & (1 << i)) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    : u. p5 U) i! H7 w% o, @5 K
55.         HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确
    ) ~, o) }! S7 D  {) [' V* {
56.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
57.         HAL_Delay(1);
    
58.     }
    $ i2 K3 \1 |: u2 ?+ R6 [3 B5 \" I4 K2 g
59.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    , R* k$ p$ A' R: N( J( Y8 X  J
60. }
    * O) {" S: X1 u  ~& K
61. 
    , W0 H# ~9 Y: O) F
62. 
    . q  ?3 U3 T' P1 Z1 I
63. // 读取一个字节
    
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    
65. {
    # M8 h" @: {0 z# P# U
66.     uint8_t byte = 0;
    
67.    
    & b) f9 Z9 p8 i6 D, B! j
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    * |/ F+ {' r: g8 N6 O
69.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
70.     {
    
71.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
      ~' o7 P, A, V1 Q1 w4 U8 k
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);
    * k! ^! {7 p2 o/ V
74.         HAL_Delay(1);
    
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    
76.     }
    - L) u  ?4 v7 a& J
77.    
    5 q4 J$ ~6 a& j! L$ u% h
78.     if (ack)
    
79.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送应答
    3 J3 V  ?9 S: a7 D1 q0 Q
80.     else
    % j, v/ u$ n( A3 d5 Z
81.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);   // 不发送应答
    ( d9 T6 B% i, K8 R7 D6 H+ X
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
    ! \( \/ S4 }  \
85.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
86.     HAL_Delay(1);
    ; X, j# H4 K( h+ U- k9 B
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。
7 R( S7 z, x4 A4 L* B9 D
3 c. k6 Y6 r* L' _' E! \; R$ A& h" ~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 U& K$ `/ d- V4 f- G* ]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。
# f# Z+ m; v4 f+ N$ p. h, h
$ p8 }2 z7 u, n. I5 P2 W* fSTM32中的硬件IIC   
& _* R! K' q1 O; G4 g7 HSTM32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。

! n0 C' [( t2 R& C( A3 V  VSTM32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。
" ~* \! }! n) E8 g. ]% c0 ]  }5 |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。
# h' }+ H6 I4 ?# z  L. v% T3.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。
; a0 q+ w) N! O; p5.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。
. X2 G" P3 B' X% m
/ i' u1 U# z* A8 D5 @
* f$ I7 H  J* m" f9 L( b5 a
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)
   % X' K: ^+ A  Q" s
2. {
   & K4 m3 P; U% Y- |1 S2 z
3.   hi2c1.Instance = I2C1;
   
4.   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
   
5.   hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   
6.   hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
   
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;
    / h7 a, P1 h1 L$ ]
11.   hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    " `& s* Z1 f8 G3 w) R' ~
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    
13. }
    
14. 
    3 S9 E4 z! U7 D- W
15. 
    
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    : x7 r+ G& ?) Y* A
17. uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址
    2 o$ Z$ |0 K# L4 N7 O
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。
: ]* N3 W3 z7 t' P# c: T/ Z

STM32硬件IIC缺点：
# r8 l0 ^) r" E$ X4 Q" l1 D) Q- H) y1.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。
. d& N, {- w+ `
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。
- A; p1 I( N$ I
& z1 r( W/ @9 ]! E9 p, |

. N  ]) F1 v1 t5 ]转载自：电路小白
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