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STM32 I2C 主从通信

介绍​

I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种常用的串行通信协议，广泛用于连接微控制器与各种外设，如传感器、EEPROM 和 LCD 显示器等。I2C 协议使用两根线进行通信：SDA（数据线）和 SCL（时钟线）。它支持多主从架构，允许多个设备在同一总线上通信。

在 STM32 微控制器中，I2C 通信可以通过硬件 I2C 外设实现，也可以通过软件模拟实现。本文将重点介绍如何使用 STM32 的硬件 I2C 外设实现主从通信。

I2C 通信基础​

I2C 通信基于主从模式，主设备负责发起通信并控制时钟信号，而从设备则响应主设备的请求。每个从设备都有一个唯一的 7 位或 10 位地址，主设备通过该地址与特定的从设备通信。

I2C 通信的基本步骤如下：

  1. 主设备发送起始条件（Start Condition）。
  2. 主设备发送从设备地址和读写位。
  3. 从设备发送确认信号（ACK）。
  4. 主设备发送或接收数据。
  5. 主设备发送停止条件（Stop Condition）。

STM32 I2C 主从通信实现​

硬件配置​

在 STM32 中，I2C 外设的配置包括设置时钟速度、引脚复用和地址模式等。以下是一个典型的 I2C 初始化代码示例：

#include "stm32f4xx_hal.h"

I2C_HandleTypeDef hi2c1;

void I2C1_Init(void) {
    hi2c1.Instance = I2C1;
    hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000; // 100 kHz
    hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
    hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
    hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
    hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
    hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
    hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK) {
        // 初始化错误处理
    }
}

主设备发送数据​

以下代码展示了主设备如何向从设备发送数据：

uint8_t data[] = {0x01, 0x02, 0x03};
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, 0xA0, data, 3, 100);

在这个例子中，0xA0 是从设备的地址，data 是要发送的数据，3 是数据的长度，100 是超时时间（以毫秒为单位）。

从设备接收数据​

以下代码展示了从设备如何接收数据：

uint8_t buffer[3];
HAL_I2C_Slave_Receive(&hi2c1, buffer, 3, 100);

在这个例子中，buffer 是用于存储接收数据的数组，3 是要接收的数据长度，100 是超时时间。

实际应用场景​

温度传感器读取​

假设我们有一个 I2C 温度传感器，其地址为 0x48。我们可以使用以下代码读取温度数据：

uint8_t tempData[2];
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, 0x48, tempData, 2, 100);
int16_t temperature = (tempData[0] << 8) | tempData[1];

EEPROM 数据存储​

另一个常见的应用是使用 I2C EEPROM 存储数据。以下代码展示了如何向 EEPROM 写入数据：

uint8_t eepromAddress = 0x50;
uint8_t data[] = {0x01, 0x02, 0x03};
HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, eepromAddress, 0x0000, I2C_MEMADD_SIZE_16BIT, data, 3, 100);

总结​

I2C 是一种简单而强大的通信协议，适用于连接多个设备。通过 STM32 的硬件 I2C 外设，我们可以轻松实现主从通信。本文介绍了 I2C 的基本概念、STM32 的配置方法以及实际应用场景。

附加资源与练习​

  • 练习 1：尝试修改代码，使其支持 10 位地址模式。
  • 练习 2：使用 I2C 连接多个传感器，并读取它们的数据。
  • 资源：参考 STM32 官方文档，了解更多关于 I2C 外设的详细信息。
提示

在实际项目中，建议使用 HAL 库提供的函数来简化 I2C 通信的实现。同时，注意处理可能的错误情况，如总线冲突或从设备无响应。