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。

% x1 i7 ~* a4 \$ X% [; H0 z

: D4 e) Y1 I3 w' `- kIIC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。
% u" F* g* F$ N- T, J5 a


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。

5 G# `+ t9 ?/ _  a) A软件IIC
6 J# b4 ?# x: D  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。
( i+ m2 D7 }% c6 ~4 l
$ K% K9 ~3 @" {2 G3 `# o% ]; |

& ^1 S* \9 |) |$ E. N9 f8 Y  T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。

2 H$ E0 h1 K( L/ u3 ^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
   
4. 
   0 l; n# M. D8 A; o& h" v
5. 
   & F7 G2 R3 p4 c) L/ B
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
   , u: x6 s; i/ r! n" v
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   
8. 
   0 V& A7 @) ~5 }- a+ C) b! A# j1 e
9. 
   
10. // 定义读写控制位
    ) b7 V/ |% R0 b  p, y
11. #define IIC_READ  1
    
12. #define IIC_WRITE 0
    ) r; Q  e' O: c$ _! [7 O/ ~) P
13. 
    
14. 
    + S4 z% c& Q7 F& }
15. // 定义函数
    
16. void IIC_Start(void);
    
17. void IIC_Stop(void);
    
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    ' v' f$ b: Y2 L, U) T- i
20. 
    ) a1 w8 O. J- G. @3 T- z% [
21. 
    - [; Q3 H$ D( L$ d; g/ A& \
22. 
    
23. 
    ) j" Z* C% l; ^) {2 w: T
24. // 启动IIC总线
    % A. V1 e" B6 }
25. void IIC_Start(void)
    ( z, s* Q9 B+ L; p* V1 |
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
    ) \/ h0 x6 i' J; l# a  h
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. }
    
34. 
      l8 W3 l- m' d9 C8 }
35. 
    
36. // 结束IIC总线
    
37. void IIC_Stop(void)
    
38. {
    
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    - r8 L; I* c$ W+ @5 _
40.     HAL_Delay(2);
    
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    * b2 d6 k: y1 T( w% ~7 y/ x1 n
42.     HAL_Delay(2);
    0 y2 B" w( s5 v; k+ f" d
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
44.     HAL_Delay(2);
    7 U. e1 Q2 D$ ^# `. p9 n& _
45. }
    
46. 
    
47. 
    
48. // 发送一个字节
    5 G! O: j. ^* ~( l
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
    , q9 d! D1 D2 a( ?- p
50. {
    
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
52.     {
    
53.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    / N& u2 T5 t0 r+ x; X9 M
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* M& Q8 E7 J7 z3 D, H9 w
57.         HAL_Delay(1);
    
58.     }
    - S: I4 @' S3 d+ a+ w$ ?4 \3 V
59.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    ; C" _" ^' X1 ^- o, K3 d
60. }
    1 F5 `2 Q! y; ]& B$ p
61. 
    " F9 e6 Y: G0 f. y3 s% G- H$ F2 E
62. 
    
63. // 读取一个字节
    + y, }+ Q' U" X. _" b( N, N+ O
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    " n' j8 F3 L* @& l, B
65. {
    7 x* s9 [5 a% j: c# r( Q
66.     uint8_t byte = 0;
    
67.    
    
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    ; |8 @9 C: o+ D4 C, j: L
69.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    
70.     {
    
71.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    6 z1 C1 N6 E' d5 [/ s; O4 O" C
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);
    & g# Y' P3 U1 @0 G# @
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    - D' \0 S$ T- k" J& c; e& }
76.     }
    - |0 r" O. |1 @7 B( Q1 @3 V
77.    
    & b/ H+ h  n4 b. |/ U: g" U
78.     if (ack)
    
79.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送应答
    5 o5 g0 ]% G1 L. m$ P+ v
80.     else
    
81.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);   // 不发送应答
    
82.    
    ) r6 f) ]3 A8 m
83.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    * L6 L4 S3 e3 p
84.     HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确
    * g7 [* ]/ G2 j& u8 h" o  o
85.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
86.     HAL_Delay(1);
    ) k9 |$ M; _9 {% F
87.    
    
88.     return byte;
    + j% x" S; b9 i/ X( ]4 V8 X( B
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。

IIC的结束信号为：在SCL线是高电平时，SDA线从低到高的跳变。

0 b8 h" ~: Y% T5 h因此使用这种方法可以模拟IIC时序完成通讯。

/ H5 R5 i" \6 V5 H4 l! @! l! p2 M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。
2 }' h8 F" {) ^4 c  N! V2 A4 U
, e; t0 r( ~! \4 n0 aSTM32中的硬件IIC   
# K" E* t* {8 T0 {6 OSTM32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。
& a$ l0 q# [; U
STM32硬件IIC优势：
3 A- U1 T  s. q; |6 x5 ^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。
3.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。

) Y' \0 Q9 F  b) R2 z* M1 }

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;
   . e* Z% a' Y' {. L$ V- J' ?
4.   hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
   
5.   hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
   
6.   hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
   
7.   hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
   : R% j0 K& E8 h0 r5 g
8.   hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
   
9.   hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
   
10.   hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    ( s. Y& {: [# [) X
11.   hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    % a' ~' H7 E2 Z! P4 G6 W' Y
13. }
    
14. 
    7 J  l5 C: v2 Q+ L3 b
15. 
    " b7 _' r& I8 U: P# G
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    
17. uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址
    * R1 Y% e! {2 H3 |8 C
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。


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。
+ @! n$ X0 K( `5 u+ t: E2.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。

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。
5 ?3 t5 k: x  l. B& o
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