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。



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。
+ r, U! N: g1 z
0 {5 g  ^6 c* 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。

软件IIC
0 t5 [. F" W! n' Q9 T( `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) p2 t, J1 n" ?9 l* d% X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。
  a0 k+ Z  ]1 {9 u0 b

1. // 定义IIC的GPIO口和引脚
   
2. #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6
   
3. #define IIC_SCL_PORT GPIOB
   1 y5 }( N& `! R# \+ A
4. 
   * f( |7 S/ o7 \5 U
5. 
   
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
   9 n* u/ g7 L0 c# U
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   : U- c( U# y) p+ x5 I: p
8. 
   
9. 
   
10. // 定义读写控制位
    
11. #define IIC_READ  1
    
12. #define IIC_WRITE 0
    
13. 
    
14. 
    
15. // 定义函数
    
16. void IIC_Start(void);
    
17. void IIC_Stop(void);
    $ p$ S% L  }, F% Y: Q* p
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    
20. 
    % ?( h+ R6 H, m# Z+ {, y5 E* B0 [9 d
21. 
    
22. 
    
23. 
    $ u: Q$ T  h) p) p+ v
24. // 启动IIC总线
    
25. void IIC_Start(void)
    1 k" H+ `! |6 i( p  r0 L. H
26. {
    : t. l$ Z* O$ Y
27.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    ' k, G8 Y% S% x! x, ?
28.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    : ]" x% M5 f3 q, i
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);
    ' T( D2 M' I. T; r0 G4 O
31.     HAL_Delay(2);
    8 q, w6 n, N* C
32.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    4 m) p; B8 G1 F$ Q  S
33. }
    
34. 
    
35. 
    ; T! \) T& q3 Q& I1 z
36. // 结束IIC总线
    
37. void IIC_Stop(void)
    
38. {
    6 S: H  G: J) f! A1 o" P
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    4 M2 e) T# B+ @( y
40.     HAL_Delay(2);
    ; p7 \/ Z# U' O5 c' N2 [
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    9 c% q1 T. _* V0 Q$ w/ v
42.     HAL_Delay(2);
    
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
44.     HAL_Delay(2);
    
45. }
    
46. 
    
47. 
    4 w9 B! G/ p( Y# J
48. // 发送一个字节
    
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
    
50. {
    ' x' \* |& F* S3 A  d4 X
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
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);
    , }2 h+ I% Z3 l
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);
    . X+ w9 r* h0 A) B
57.         HAL_Delay(1);
    
58.     }
    
59.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
60. }
    
61. 
    
62. 
    # s4 _5 z8 E5 E
63. // 读取一个字节
    
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    
65. {
    
66.     uint8_t byte = 0;
    , g: k. O: x6 G  W( {
67.    
    
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
69.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    - B, Y7 B" e4 R
70.     {
    
71.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    ( f/ T/ P) z. u0 g1 ~6 D. n
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);
    
74.         HAL_Delay(1);
    
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    
76.     }
    
77.    
    6 B4 e- u2 |2 x
78.     if (ack)
    , y3 M# k6 G2 }' P0 G' M
79.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送应答
    # }* u$ d* e+ [
80.     else
    1 ^5 p+ m$ Y9 [9 t
81.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);   // 不发送应答
    4 |* E9 P% R$ z" u
82.    
    * x8 Q+ u. a9 d9 q$ L3 l/ ?
83.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    ; A  }0 a. i% c" R
84.     HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确
    - r" P! t" r0 T3 T8 ?! P! ^
85.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    2 m8 z2 h5 _; L" c1 _) X
86.     HAL_Delay(1);
    4 @  m) j7 g* B$ d% n
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。

& U7 n; M' [5 z9 c& r* S; qIIC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。

0 r( M2 \4 X" s; U" W. w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。

* u* i/ [6 j" S* aSTM32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。
/ b6 a/ }  j* Z3 u) j
STM32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。
) D6 E' W$ \4 t" h/ D! ^& I3.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。
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。

5 S; T6 h. T5 q1 _' j/ E2 q
( V( d- O2 l% n3 u# ~, y6 w7 R
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)
   / B2 `7 Z4 @/ n; u2 @
2. {
   " [0 r& }9 L2 v1 h. ?) d
3.   hi2c1.Instance = I2C1;
   
4.   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
   2 c! O+ C: m4 @4 g, ~& \  x' |
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;
    
11.   hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    8 K4 j$ l4 t' S9 i2 Q  G. \
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    1 O2 h! P* h/ o# U+ U' A: W! r7 A
13. }
    / t4 ]% k- B3 p8 G( Z( e0 r& k
14. 
    # u1 h! M7 r& y; D' ?* y8 R4 v
15. 
    ) A* `$ \6 r) H
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    * t) f4 r' S$ F; s
17. uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址
    6 {% [& R, {7 ?' x3 ^4 h; u
18. HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, deviceAddress, &registerAddress, 1, HAL_MAX_DELAY);

复制代码

0 v  d, r! X  \4 Z  V9 \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。

& m2 I" l5 x! E0 L, H  \8 }) A
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。
5 j) E9 }' ]2 g% n- ]! \# B' z3 r2.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。
1 S$ |+ ^" H( h- f& F8 U# r$ |1 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。
) h) S  h- e( N6 T$ D% e
/ f" M" k3 X; s; S8 _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。
4 b" |1 Z" W7 o& E7 S7 O* q  p

4 J% G4 M0 W5 L/ Z
* w- K2 k5 U& Y* r3 K3 O2 _转载自：电路小白
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