【STM32CubeMX学习教程】——9.IIC（硬件IIC外设）

原创已于 2025-11-24 09:21:34 修改 · 1.1k 阅读

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#stm32 #学习 #嵌入式硬件

于 2025-10-30 14:25:59 首次发布

文章目录

一、I2C 简介
二、核心特性
三、通信过程解析
四、STM32CubeMX 配置 I2C（硬件I2C）

一、I2C 简介

I2C（Inter-Integrated Circuit）是由飞利浦公司开发的一种简单的两线制串行通信总线。它只需要两根线：

SDA（Serial Data Line）： 串行数据线，用于双向数据传输。
SCL（Serial Clock Line）： 串行时钟线，由主机产生，用于同步数据传输。

二、核心特性

半双工通信： 同一时间只能进行发送或接收。
多主多从： 总线上可以连接多个主机和多个从机。
地址寻址： 每个从设备都有一个唯一的7位或10位地址，主机通过地址选择通信对象。
低速通信： 标准模式速度为100kbps，快速模式为400kbps，高速模式可达3.4Mbps。
线与逻辑： 总线采用开漏输出结构，必须通过上拉电阻接到正电源。这意味着任何设备都可以将总线拉低（输出0），但释放后总线由电阻拉高（输出1）。这种结构便于实现时钟同步和仲裁。

三、通信过程解析

一次完整的I2C通信包含以下几个阶段：

1. 起始条件

主机在SCL为高电平时，将SDA线从高电平拉低。
这个下降沿通知总线上所有设备，一次传输开始了。
函数：

HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, devAddr, pData, Size, Timeout)

2. 地址帧

主机发送一个7位或10位的从机地址，后面跟一个读写位。
- 读写位（R/W#）： 0表示主机要向从机写入数据，1表示主机要向从机读取数据。
从机收到地址后，如果与自身地址匹配，会回复一个应答位。

3. 应答（ACK）与非应答（NACK）

每传输完一个字节（8位数据）后，接收方（无论是主机还是从机）需要在第9个时钟脉冲期间发送一个应答信号。
应答（ACK）： 接收方将SDA拉低，表示成功收到字节，并希望继续传输。
非应答（NACK）： 接收方不拉低SDA（保持高电平），表示不希望继续传输，通常用于终止通信。

4. 数据帧

在地址帧之后，开始传输数据。每个数据字节也是8位，同样后跟一个ACK/NACK位。
数据的方向由地址帧中的R/W位决定。

5. 停止条件

主机在SCL为高电平时，将SDA线从低电平拉高。
这个上升沿通知总线上所有设备，本次传输结束。
函数：

HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, devAddr, pData, Size, Timeout)

6. 读写序列流程图

6.1主机向从机写数据

流程图解读：
1.起始：主机通过产生Start条件宣告通信开始。
2.寻址：主机发送目标从机的地址和写方向位（0）。
3.应答检查：从机如果地址匹配且准备就绪，会回复ACK。如果无应答（NACK），说明地址错误或从机不存在，主机直接终止传输。
4.数据循环：

主机发送一个数据字节。
从机每收到一个字节，回复ACK确认。
主机继续发送下一个字节，直到所有数据发送完毕。
如果从机在过程中回复NACK，表示它无法继续接收，主机会提前终止传输。

5.结束：所有数据发送完毕后，主机产生Stop条件，释放总线。

6.2主机从从机读数据：

流程图解读：
1.起始：主机产生Start条件，开始本次通信。

2.寻址（写模式）：
主机发送目标从机的7位地址和写方向位（0）。
这告诉从机：“我要向你写入信息”。

3.发送寄存器地址：
主机发送要读取的寄存器地址。
这明确告诉从机：“我要读取的是你这个位置的数据”。

4.重复起始：
主机产生重复Start条件。
关键点： 在不释放总线的情况下，准备切换通信方向。

5.重新寻址（读模式）：
主机再次发送从机地址，但改为读方向位（1）。
这告诉从机：“现在请把数据发给我”。

6.数据读取与终止：
从机开始发送数据字节。
主机接收数据后，回复NACK。
关键点： NACK明确告知从机“这是我要的最后一个字节”。
主机产生Stop条件，结束通信。

核心要点：
先通过写模式指定要读取的寄存器地址
通过重复起始条件切换通信方向
最后必须用NACK明确终止数据传输
适用于需要指定内部地址的复杂I2C设备

四、STM32CubeMX 配置 I2C（硬件I2C）

注：如果你不使用STM32的硬件I2C外设，而是用两个普通的GPIO口，通过软件控制其高低电平来模拟I2C的时序，那么就不需要在CubeMX中配置硬件I2C。你只需要配置那两个GPIO口为输出模式即可，相关代码可查看下一篇文章“【STM32CubeMX学习教程】——10.软件模拟IIC”。

1.新建工程

1.双击打开桌面下载好的STM32CubeMX，点击File–>New Project，或直接点击ACCEE TO MCU SELECTOR

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2.在左边搜索栏里输入使用的芯片型号，右边选中并开始创建

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2.设置RCC时钟源

设置高/低速时钟源都由外部晶振产生。

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3.设置IIC参数

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1.I2C Speed Mode（I2C速度模式）：是STM32CubeMX中配置I2C通信速率的关键参数。选择建议: 1)不确定时，或与常见传感器/存储器通信：选择 Fast Mode (400 kHz)。2)与老旧设备通信或长线传输：选择 Standard Mode (100 kHz)。
2.I2C Clock Speed (Hz)（I2C时钟速度）：用于设置I2C总线通信时SCL（串行时钟线）的实际频率。它直接决定了数据传输的快慢。
3.Clock No Stretch Mode（时钟无延展模式）：禁用（Disabled）：允许时钟延展。这是标准且推荐的模式。启用（Enabled）：禁止时钟延展。这是一种特殊模式，用于特定场景。
4.Primary Address Length selection（主地址长度选择）：用于设置STM32作为I2C从机时，它自身的I2C地址是7位还是10位。通俗来讲： 当另一个I2C主机（比如另一个MCU）在总线上发送寻址帧时，STM32会根据这里设置的长度来判断“主机呼叫的是不是我？”
5.Dual Address Acknowledged（双地址应答）：允许STM32在作为I2C从机时，同时响应两个不同的I2C从机地址。 当这个功能使能后，STM32的I2C外设会监听总线上的寻址帧。如果主机发送的地址与两个预设地址中的任意一个匹配，STM32都会产生应答（ACK），表示“我收到了，是我！”，并准备进行后续通信。
6.Primary slave address（主从设备地址）：用于设置当STM32微控制器工作在I2C从机模式(Slave Mode) 时，它在I2C总线上的唯一标识地址。当总线上的I2C主机想要与这个STM32从机通信时，主机必须在发送的数据帧中包含这个地址。STM32的I2C硬件会持续监听总线，一旦检测到与自己“主从设备地址”匹配的呼叫，就会做出响应。
7.General Call address detection（通用呼叫地址检测）：决定STM32的I2C从机是否响应一个特殊的广播地址（0x00）。当这个功能使能后，如果I2C主机向地址0x00发送数据，总线上所有使能了该功能的从机都会同时接收这些数据。

4.时钟配置

1.时钟源设置
默认时钟源是由内部RC振荡器产生，可通过图中按钮进行修改，外部晶振数值取决于实际电路板上的晶振大小.

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提示：

这里用到的芯片的最大时钟频率是100MHz，有的芯片最大只有72MHz，实际最大频率可通过查看芯片数据手册确定。

2.时钟频率设置

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①PLLM—PLL输入时钟分频系数，根据自己需要的系统时钟频率来进行修改
②PLLN—主PLL倍频系数（自动计算）
③PLLP—主PLL分频系数（自动计算）
④SYSCLK—系统时钟
⑤HCLK—AHB总线时钟，由系统时钟SYSCLK 分频得到，一般不分频，等于系统时钟
⑥APB1/APB2 Prescaler—APB1/APB2总线的预分频系数，可根据需要修改