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。



% L' p6 Q# S8 b; X' K" H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
& [( |, I! d2 a! p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。


8 Z. f6 b) _: u7 ~+ M: ^) K
# P9 Q5 h% R0 Q& H1 K4 l9 h- z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。
4 W, I' f& z9 h4 n4 K0 N
. ]) N, ^0 r& q2 e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 v/ |! m! h$ E$ b! e

1. // 定义IIC的GPIO口和引脚
     H8 _, }6 Y5 o
2. #define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6
   
3. #define IIC_SCL_PORT GPIOB
   & m) m3 Z: y% L' u
4. 
   
5. 
   
6. #define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9
   ; `2 e+ a6 Q3 b; }1 h
7. #define IIC_SDA_PORT GPIOB
   
8. 
   
9. 
   
10. // 定义读写控制位
    
11. #define IIC_READ  1
    
12. #define IIC_WRITE 0
    
13. 
    ) x/ [, u+ r1 r; a
14. 
    - Q5 Y* F, @- F
15. // 定义函数
    5 ]! J9 _' I/ c% b0 w$ m, x/ m
16. void IIC_Start(void);
    
17. void IIC_Stop(void);
    . Y6 x3 Y) p! o0 B5 P$ o7 \! ?3 t3 n- V
18. void IIC_SendByte(uint8_t byte);
    0 }3 u; m( D" w, N7 h* |
19. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);
    / X+ X* b1 M: E+ h  t( b
20. 
    
21. 
    ) P$ F9 u( v: m3 _9 b! I
22. 
    4 |( V9 o' G1 N0 W, ~& O* O: }
23. 
    - z# ~5 y4 @4 m1 G
24. // 启动IIC总线
    0 d$ i% e, X1 C4 g8 ?2 e
25. void IIC_Start(void)
    
26. {
    $ y  ~( O# y2 U- L/ |: j
27.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    % [( l' ]0 P$ E( j0 h' n; k
28.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    1 R0 l8 ^, O) i3 ]5 |" t$ i* `- N5 t
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);
    % u6 Q' g4 Q& m" h' C
32.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
33. }
    * H7 w* O' H" C8 ?
34. 
    - V. F+ H4 O. J( V* q* W
35. 
    
36. // 结束IIC总线
    
37. void IIC_Stop(void)
    8 C$ d7 g/ d; U. F/ ]: T& g
38. {
    
39.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    6 Z, m$ h/ ~2 ~- R5 a
40.     HAL_Delay(2);
    6 U6 _4 v# a- i( P# p* a/ K- t
41.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
42.     HAL_Delay(2);
    : Z4 G4 f7 k7 a# Y. B
43.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
44.     HAL_Delay(2);
    1 w4 z& V. D+ z6 [2 C& m
45. }
    , a- j& e6 b; z: w1 [# M
46. 
    
47. 
    9 E/ }9 V2 c5 W
48. // 发送一个字节
    : i# e) p2 H5 V! Y+ H- O1 R4 }
49. void IIC_SendByte(uint8_t byte)
    & v' b7 @" B  A8 J; F6 l; d
50. {
    0 e; o: u! S7 p+ K. v, x
51.     for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)
    ) e: K2 d' \3 L
52.     {
    & \' Y' I  U! ]8 Z( y+ x; X5 U4 L
53.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    5 `- @1 i9 X1 e4 `. I4 H- B2 j
54.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, (byte & (1 << i)) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
    2 {9 x' U# o! n4 A  a4 n
55.         HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确
    ! o7 D: J  C* X9 Y' E, Y# ^
56.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    # @$ m* W/ e! h, v, M( \
57.         HAL_Delay(1);
    ; k9 K! k5 o$ Q: A9 F3 F1 R
58.     }
    
59.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    
60. }
    ( ^+ g6 p# O7 g8 `8 R9 U
61. 
    
62. 
    
63. // 读取一个字节
    
64. uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack)
    
65. {
    . L! c8 q9 L% S# y
66.     uint8_t byte = 0;
    
67.    
    
68.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
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
    * L/ T1 G5 A% P7 i$ F: `! u5 r
73.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    
74.         HAL_Delay(1);
    ( H) L% k2 k; @( g
75.         byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);
    ( Z( _) o* Q2 H4 q' K1 t
76.     }
    
77.    
    * e0 j% M, y' Y( n
78.     if (ack)
    
79.         HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送应答
    % l- F$ R3 g$ D* m
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
    
85.     HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);
    * E* a8 w! {3 V
86.     HAL_Delay(1);
    
87.    
    
88.     return byte;
    8 z' B; i" l" O5 f
89. }

复制代码

, e! Q% ]" [* ]; ]: |- \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。

$ T+ u/ s$ f0 K# G8 B$ JIIC的结束信号为：在SCL线是高电平时，SDA线从低到高的跳变。

; c5 D. G6 o8 |9 i) Q; `) S& ]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。

* ^3 r- X* H/ e! `6 `6 s7 _7 ]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。
& k2 m1 _* v0 S  k+ C
STM32硬件IIC优势：
0 z. f' W6 I8 c  @# a1.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。
& a7 y8 n% b: ~. ^1 ~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。
, Q) B0 X8 `/ w1 B% V  ]0 P+ o4.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。
9 J0 i; ?) t( c5.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。
" k3 C8 K- Z% w* }; V  o# j" \. H
5 @4 z; ?3 I5 \; D
# H% d* i. H$ I  G
: h7 p+ @- a( @3 G$ a6 W% T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. {
   & z& ?3 {% M% m; s7 t* _; E% @
3.   hi2c1.Instance = I2C1;
   6 A  z1 o& z. m$ X. ]
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;
    % z8 o0 s- {. d* ^# R- |/ E) N7 s7 ~
11.   hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    4 z5 c/ t6 y9 C( d  x
12.   HAL_I2C_Init(&hi2c1);
    6 F7 e/ E1 A$ x8 ?  `
13. }
    3 x' D4 d  H: ^5 d6 f$ N
14. 
    3 s+ W+ \3 _$ f
15. 
    
16. uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址
    : Y9 Y7 J5 P% h5 a/ B& I
17. uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址
    ! _) \( O; Y. g/ i, D! v' m! Q+ F/ ?* J
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。

+ W7 p# _9 c( \1 w9 _3 t. D
2 _" D8 \$ U9 O2 U' o* tSTM32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。
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。

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。



转载自：电路小白
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