15 玩转 STM32 的 IIC 通信（芯片硬件章） (Top)
15.1 IIC控制器说明（硬件部分）
在14 玩转STM32之IIC通信（软件模拟篇）我们讲了软件模拟的方式，本章讲解芯片自带的硬件部分（并非所有的芯片都含有IIC，像51系列的是没有的，但是绝大多数是有的，根据我用过的S32、STM32、HC32、CH32、GD32都是有的，目前我只见过51的没有、STM8也有这个可能分系列吧，我用的有，其他的不清楚）
15.1.1 STM32 IIC通信主要特性
STM32F429微控制器继承了3个IIC（内部集成的）软件模拟和硬件模拟的功能是一样的。
具备多主模式功能，同一接口可以用作主从模式。
7 位/10 位寻址以及广播呼叫的生成和检测。
支持不同的通信速度：
— 标准速度（高达 100 kHz）
— 快速速度（高达 400 kHz）
状态标志：
— 发送/接收模式标志
— 字节传输结束标志
— I2C 忙碌标志
错误标志：
— 主模式下的仲裁丢失情况
— 地址/数据传输完成后的应答失败
— 检测误放的起始位和停止位
— 禁止时钟延长后出现的上溢/下溢
带 DMA 功能的 1 字节缓冲（减轻MCU工作）
兼容SMBus2.0和PMBus。
具体的功能作用可参看数据手册（648页中文版）
总结：
STM32的I2C外设可用作通讯的主机及从机，支持100Kbit/s和400Kbit/s的速率，支持7位、10位设备地址，支持DMA数据传输，并具有数据校验功能。
15.1.2 STM32 IIC结构
IIC通过SCL和SDA两个引脚完成与其他器件进行通信，如下图IIC内部结构图：
IIC引脚对照表：
IIC有四种工作模式：从发送器、从接收器、主发送器、主接收器模式四种。
默认情况下，IIC在从模式下工作。接口在生成起始位后会自动由从模式切换为主模式，并在出现重在丢失或生成停止位的时候，从模式切换为从模式，进而实现多主模式功能。
15.1.3 STM32 IIC主模式
在主模式下，I2C接口会启动数据传输(发送起始信号和器件地址，地址始终在主模式下发送)，并生成时钟信号（SCL)，将需要发送的数据写入数据寄存器，并通过数据移位寄存器和数据控制逻辑(输出），将数据一位位发送到SDA数据线。通信的时钟由主机的时钟控制逻理生成，可以在标准速度或快速速度模式下工作。通信的工作模式由控制寄存器（CR1和CR2)的不同配置控制，状态寄存器体现通信过程中产生的一系列状态，根据不同的工作模式和通信状态，控制逻辑负责实现完整的通信过程。串行数据传输始终在出现起始位时开始，在出现停止位时结束。起始位和停止位均在主模式下由软件生成。
12C控制器自动检测从机发送回来的ACK信号，并置位状态寄存器相应的状态位，程序通过检测状态寄存器（SR1和SR2）的状态位，判断数据是否发送成功。
1-主发送器模式
I2C控制器产生开始信号（S），然后通过检测EV5事件，判断是否启动成功。
在满足EV5事件后，主机发送器件地址+W，然后通过检测EV6事件、判断是否发送器件地址成功。
在满足EV6事件后，主机发送数据，然后通过检测EV8事件，判断是否发送数据成功。在发送完最后一个数据后，主机发送结束信号(P)结束通信过程。
如图：主发送器模式下IIC通信示意图：
EV5：总线正在进行通信（BUSY=1），主/从模式（MSL=1）及起始位是否己经发送（SB=1）。
EV6：处于发送器或接收器状态（TRA=1），正在进行通信（BUSY=1），主/从模式（MSL=1）.
数据寄存器是否为空（TXE=1），地址是否已发送（ADDR=1，主模式）。
EV8：处于发送器或接收器状态（TRA=1），正在进行通信（BUSY=1），主/从模式（MSL=1）.
数据寄存器是否为空（TXE=l），字节是否传输完成（BTF=1，主模式）。
2-主接收器模式
I2C控制器产生开始信号，然后通过检测EV5事件，判断是否启动成功。
在满足EV5事件后，主机发送器件地址，然后通过检测EV6事件，判断是否发送器件地址成功。
在满足EV6事件后，主机准备接收从机发送过来的数据，然后通过检测EV7事件，判断是否接收数据成功。如果接收的不是最后一个数据的话，则主机发送ACK信号给从机。
如果接收的是最后一个数据的话，则主机发送一个NACK信号，并发送结束信号，结束通信。
EV7：正在进行通信（BUSY=1），主/从模式（MSL=1），数据寄存器非空（RXNE=1）。
主接收器模式下I2C通信示意图如图:
15.1.4 IIC 从模式
在从模式下，根据写入自身地址寄存器的地址（从模式下的器件地址），l2C控制器通过比较器能够识主机发送过来的地址是否和其自身地址（7位或10位)一致。在地址匹配的情况下，根据读写控制状态，通过数据控制逻辑可以接收（写）或发送（读）数据。
1-从发送器模式
在检测到开始信号后，I2C控制器通过检测EV1事件，判断主机发送过来的器件地址是否和本机地址一致。
在满足EV1事件后，从机发送一个ACK信号给主机，将数据发送给主机，并通过检测EV3事件，判断是否发送数据成功。在发送完最后一个数据后，从机检测到NACK信号和结束信号，结束通信。
EV1：正在进行通信（BUSY=1），接收到的地址匹配（ADDR=1，从模式）。
EV3：处于发送器或接收器状态（TRA=1)，正在进行通信（BUSY=l)，数据寄存器是否为
空（TXE=1）。
从发送器模式下I2C通信示意图如图：
15.1.5 12C控制碍中断
I2C控制器有2个中断向量：一个中新由成功的地址/数期字管传输事件发另一个中新由银误状态触发。
I2C控制器支持多种中断事件的请求，便于实时响应一些紧急事务，为了提高CPU利用率。选常在I2C控制器处于从模式时，使用中新方式来响应一系列事务的处理。例如，从模式下数西的接收、发送、停止及错误等，I2C控制器中斯事件如图所示：
15.2 IIC应用步骤和常用库函数
15.2.1 IIC应用步骤
以IIC1为例这里，其他的与这是一样的.
（1）使能IIC1时钟和通信线复用引脚端口GPIOB的时钟。
使能IIC通信时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE); //I2C2时钟使能
GPIO时钟使能
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE); //GPIO时钟使能
（2）初始化引脚
/*GPIO引脚复用*/
GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_I2C1); //将PB6复用给I2C1
GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_I2C1); //将PB7复用给I2C1
/*初始化GPIO */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;//开漏输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;//使能上拉
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);// 初始化PB6：SCL
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);// 初始化PB7：SDA
（3）初始化IIC工作模式
/* I2C 配置 */
I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C; //I2C模式 */
I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2; // SCL 时钟线的占空比
I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 =I2C_OWN_ADDRESS7; // 从机时，自身器件地址
I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable ; // 使能ACK相应
//7bit的寻址模式
I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;
I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 400000; // 通信速率<=400K
I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure); // I2C2 初始化
（4）使能IIC1控制器
I2C_Cmd(I2C1, ENABLE); // 使能 I2C2
（5）使能IIC ACK应答
I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, ENABLE); //使能IIC ACK功能
（6）中断使能
如果需要使用中断，则需要配置NVIC和使能IIC中断。
15.3.2 想用库函数
与I2C相关的函数和宏都被定义在以下两个文件中。
头文件：stm32f4xx_i2c.h.
源文件：stm32f4xx i2c.c。
1-I2C初始化函数
void 12C_Init(12C_TypeDef* I2Cx,I2C_InitTypeDef* 12C_InitStruct);
参数1：I2C_TypeDef*I2Cx，I2C应用对象，一个结构体指针，表示形式是I2C1、I2C2和I2C3，以宏定义形式定义在stm32f4xx_.h文件中。例如：
#define I2C1 ((12C_TypeDef *) I2C1_BASE)
#define I2C2 ((12C_TypeDef *) 12C2_BASE)
#define I2C3 ((I2C_TypeDef *) I2C3_BASE)
参数2：I2C_InitTypeDef* I2C_InitStruct,I2C应用对象初始化结构体指针，以自定义的结
构体形式定义在stm32f4xx i2c.h文件中。
typedef struct
{
uint32_t I2C_ClockSpeed;//时钟速度
uint16_t I2C_Mode;//工作模式
uint16 t I2C_DutyCycle;//时钟信号低电平/高电平的占空比
uint16_t I2C_OwnAddressl;//自身器件地址，从机时使用
uintl6_t 12C_Ack;//ACK应答使能
uint16_t I2C_AcknowledgedAddress;/12C寻址模式
}12C_InitTypeDef;
成员1：uint32_tI2C_ClockSpced,时钟速度，根据自定义的通信速度，库程序会将I2C配置为标准模式(≤100kHz)或快速模式。
成员2： uintl6_tI2C_Mode,工作模式，可以是12C模式或SMBus模式，有如下定义：
#define I2C_Mode_12C ((uintl6_t)0x0000) //I2C模式
#define 12C_Mode_SMBusDevice ((uint16_t)0x0002)//SMBus设备模式
#define I2C_Mode_SMBusHost ((uint16_t)0x000A) //SMBus 主机模式
成员3：12C DutyCycle，定义时钟信号低电平/高电平的占空比，有如下定义：
#define I2C_DutyCycle_16_9 ((uintl6_t)0x4000)//时钟信号低电干/高电干=16/9
#define I2C_DutyCycle_2 ((uintl6_t)0xBFFF)//时钟信号低电平/高电平=2
成员4：I2C_OwnAddress1，定义从机通信时的自身器件地址。
成员5:I2C_ Ack，定义ACK应答使能，有如下定义。
#define l2C_Ack_Enable ((uint16_t)0x0400)//使能ACK应答使能
#define l2C Ack Disable ((uintl6_t1)0x0000)//禁止使能ACK应答使能
成员6：I2C_AcknowledgedAddress,定义I2C寻址模式，有如下定义。
#define l2C_AcknowledgedAddress_7bi t ((uint16_t)0x4000)//7 (位地址寻址模式
#define I2C_AcknowledgedAddress_10bit ((uint16_1)0xC000)//10位地址寻址模式
2-IIC 使能函数
void 12C_Cmd(I2C_TypeDef* 12Cx,FunctionalState NewState);
参数2：FunctionalState NewState,使能或禁止12CACK应答功能。
ENABLE：使能I2C ACK应答功能。
DISABLE：禁止I2CACK应答功能。
例如，使能I2C1 ACK应答功能：
I2C_Cmd (12C1,ENABLE);
参数1：I2C应用对象，同I2C初始化函数参数1。
4-I2C检测通信事件函数
ErrorStatus I2C_CheckEvent(12C_TypeDef* 12Cx,uint32_t I2C EVENT）；
参数1：I2C应用对象，同12C初始化参数1。
参数2：uint32t I2C EVENT，定义通信事件，有EVI~EV9事件，它D分国定 不同的I2C通信状态。例如，EV8为主机接收到字节数据事件。
#deline I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED ((uint)2_1Cx00070084
其他的定义参见头文件stm32f4xx_i2c.h文件中的定义。
例如，等待I2C2主机发送完一个字节（EV8）。
while(!12C_CheckEvent(I2C2,12C_EVENT_MASTER_BVTE_ TRANSMITTED)
返回：成功或失败、ErorSiuatus是一个枚举类型，定义如下：
typedef enum {ERROR=0,SUCCESS=!ERROR}ErrorStatus;
5-I2C开始值号
/**
* @brief Generates I2Cx communication START condition.
* @param I2Cx: where x can be 1, 2 or 3 to select the I2C peripheral.
* @param NewState: new state of the I2C START condition generation.
* This parameter can be: ENABLE or DISABLE.
* @retval None.
*/
void I2C_GenerateSTART(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
6-I2C控制器产生结束信号函数
/**
* @brief Generates I2Cx communication STOP condition.
* @param I2Cx: where x can be 1, 2 or 3 to select the I2C peripheral.
* @param NewState: new state of the I2C STOP condition generation.
* This parameter can be: ENABLE or DISABLE.
* @retval None.
*/
void I2C_GenerateSTOP(I2C_TypeDef* I2Cx, FunctionalState NewState)
7-I2C控制器发送7位寻址地址函数
/**
* @brief Transmits the address byte to select the slave device.
* @param I2Cx: where x can be 1, 2 or 3 to select the I2C peripheral.
* @param Address: specifies the slave address which will be transmitted
* @param I2C_Direction: specifies whether the I2C device will be a Transmitter
* or a Receiver.
* This parameter can be one of the following values
* @arg I2C_Direction_Transmitter: Transmitter mode
* @arg I2C_Direction_Receiver: Receiver mode
* @retval None.
*/
void I2C_Send7bitAddress(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Address, uint8_t I2C_Direction)
8-I2C控制器发送一个字节的数据函数
/**
* @brief Sends a data byte through the I2Cx peripheral.
* @param I2Cx: where x can be 1, 2 or 3 to select the I2C peripheral.
* @param Data: Byte to be transmitted..
* @retval None
*/
void I2C_SendData(I2C_TypeDef* I2Cx, uint8_t Data)