基于STM32F103C8T6和CubeMX(HAL库)移植江科大软件IIC

I2C通信核心原理

1. 物理层特性：

   • 双线制：仅需SCL（时钟线）和SDA（数据线）两根线

   • 开漏输出：所有设备都需配置为开漏模式，依赖外部上拉电阻（通常4.7kΩ）

   • 多主从架构：支持多个主设备和从设备

   • 地址寻址：7位或10位从机地址机制

2. 协议层要点：

   • 起始条件：SCL高电平时SDA由高→低

   • 停止条件：SCL高电平时SDA由低→高

   • 数据有效性：SDA在SCL高电平期间需保持稳定

   • 应答机制：每个字节传输后接收方必须发送ACK（低电平）

时序图（来源江科大）

 

代码解释（后面有完整的.c和.h文件）

1. 基础GPIO操作

// SCL控制（PB4）
void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_4, (GPIO_PinState)BitValue);
    Delay_us(5); // 关键时序延时
}

// SDA控制（PB5）
void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, (GPIO_PinState)BitValue);
    Delay_us(5);
}

// SDA读取
uint8_t MyI2C_R_SDA(void) {
    Delay_us(5);
    return HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_5);
}

• 精确的微秒级延时保证协议时序

• 所有GPIO操作必须为开漏模式（GPIO_MODE_OUTPUT_OD）

• 读SDA前需先释放总线（输出高电平）

2. 通信控制信号

/* 起始信号 */
void MyI2C_Start(void) {
    MyI2C_W_SDA(1);
    MyI2C_W_SCL(1);
    MyI2C_W_SDA(0);  // 下降沿触发起始
    MyI2C_W_SCL(0);  // 准备数据传输
}

/* 停止信号 */
void MyI2C_Stop(void) {
    MyI2C_W_SDA(0);
    MyI2C_W_SCL(1);
    MyI2C_W_SDA(1);  // 上升沿触发停止
}

时序要求：

信号类型	SCL状态	SDA状态
起始信号	高电平	高->低
停止信号	高电平	低->高

3. 数据收发实现

/* 发送单个字节 */
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte) {
    for(uint8_t i=0; i<8; i++) {
        MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i)); // 高位先行
        MyI2C_W_SCL(1);                  // 上升沿锁存数据
        MyI2C_W_SCL(0);
    }
    MyI2C_W_SDA(1); // 释放总线等待ACK
}

/* 接收单个字节 */
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void) {
    uint8_t Byte = 0;
    MyI2C_W_SDA(1); // 主机释放总线
    for(uint8_t i=0; i<8; i++) {
        MyI2C_W_SCL(1);
        if(MyI2C_R_SDA()) Byte |= (0x80 >> i);
        MyI2C_W_SCL(0);
    }
    return Byte;
}

发送端：      [BIT7] [BIT6] ... [BIT0] [ACK]
接收端：SCL ↑      → 锁存数据      → 检测ACK

4. 应答机制

/* 发送应答 */
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit) {
    MyI2C_W_SDA(AckBit);
    MyI2C_W_SCL(1);
    MyI2C_W_SCL(0);
}

/* 接收应答 */
uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void) {
    MyI2C_W_SDA(1); // 主机释放总线
    MyI2C_W_SCL(1);
    uint8_t ack = MyI2C_R_SDA();
    MyI2C_W_SCL(0);
    return ack; // 0=ACK, 1=NACK
}

应答规则：

• ACK：SDA低电平（0）

• NACK：SDA高电平（1）

完整代码

.h文件

#include "MYIIC.h"
void Delay_us(uint32_t us) {
    uint32_t ticks = us * (SystemCoreClock / 1000000) / 5; // 根据主频调整
    while(ticks--);
}

// 修改所有GPIO操作函数的引脚定义
void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_4, (GPIO_PinState)BitValue); // PB4为SCL
    Delay_us(5);
}

void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue) {
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, (GPIO_PinState)BitValue); // PB5为SDA
    Delay_us(5);
}

uint8_t MyI2C_R_SDA(void) {
    Delay_us(5);
    uint8_t BitValue = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_5);        // 读取PB5
    return BitValue;
}

/* I2C初始化 */
void MyI2C_Init(void) {
    __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 开漏输出
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;         // 外部上拉
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);
}

/* 起始信号 */
void MyI2C_Start(void)
{
    MyI2C_W_SDA(1);
    MyI2C_W_SCL(1);
    MyI2C_W_SDA(0);
    MyI2C_W_SCL(0);
}

/* 停止信号 */
void MyI2C_Stop(void)
{
    MyI2C_W_SDA(0);
    MyI2C_W_SCL(1);
    MyI2C_W_SDA(1);
}

/* 发送一个字节 */
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte) {
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {
        MyI2C_W_SDA(Byte & (0x80 >> i));
        MyI2C_W_SCL(1);
        MyI2C_W_SCL(0);
    }
    // 发送完字节后，释放SDA线
    MyI2C_W_SDA(1); // 设置为高电平（开漏模式）
}

/* 接收一个字节 */
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void)
{
    uint8_t Byte = 0x00;
    MyI2C_W_SDA(1); // 释放SDA总线
    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++)
    {
        MyI2C_W_SCL(1);
        if (MyI2C_R_SDA()) Byte |= (0x80 >> i);
        MyI2C_W_SCL(0);
    }
    return Byte;
}

/* 发送应答 */
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit)
{
    MyI2C_W_SDA(AckBit);
    MyI2C_W_SCL(1);
    MyI2C_W_SCL(0);
}

/* 接收应答 */
uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void) {
    MyI2C_W_SDA(1); // 释放SDA线
    MyI2C_W_SCL(1);
    uint8_t AckBit = MyI2C_R_SDA(); // 读取ACK
    MyI2C_W_SCL(0);
    return AckBit; // 0=ACK, 1=NACK
}

void IIC_write(uchar addr, uchar dat) {
    MyI2C_Start();
    MyI2C_SendByte(w_addr);   //地址根据从设备修改
    MyI2C_ReceiveAck();
    MyI2C_SendByte(addr);
    MyI2C_ReceiveAck();
    MyI2C_SendByte(dat);
    MyI2C_ReceiveAck();
    MyI2C_Stop();
    HAL_Delay(10); // 延长等待时间至10ms
}


uint8_t IIC_read(uchar addr) {
    uint8_t Data;
    MyI2C_Start();
    MyI2C_SendByte(w_addr);    //地址根据从设备修改
    MyI2C_ReceiveAck();
    MyI2C_SendByte(addr);  
    MyI2C_ReceiveAck();
    
    MyI2C_Start(); // 重复起始信号
    MyI2C_SendByte(r_addr);    //地址根据从设备修改
    MyI2C_ReceiveAck();
    Data = MyI2C_ReceiveByte();
    MyI2C_SendAck(1); // 发送NACK（1表示不应答）
    MyI2C_Stop();
    return Data;
}

.c文件

#ifndef _MYIIC_H_
#define _MYIIC_H_

#include "main.h"

void Delay_us(uint32_t us);
void MyI2C_W_SCL(uint8_t BitValue);
void MyI2C_W_SDA(uint8_t BitValue);
uint8_t MyI2C_R_SDA(void);
void MyI2C_Init(void);
void MyI2C_Start(void);
void MyI2C_Stop(void);
void MyI2C_SendByte(uint8_t Byte);
uint8_t MyI2C_ReceiveByte(void);
void MyI2C_SendAck(uint8_t AckBit);
uint8_t MyI2C_ReceiveAck(void);

#define w_addr 0xa0       //从机地址线
#define r_addr 0xa1       //从机地址线

void IIC_write(uchar addr,uchar dat);
uint8_t IIC_read(uchar addr);

#endif 

 这里注意0xa0和0xa1，这个是根据自己传感器的地址线而填的，我的是stm32自带的AT2402

main.c(主函数)

  MyI2C_Init();
  IIC_write(1,50);
  char t[30];
  sprintf(t,"  r:%d   ",IIC_read(1));
  OLED_ShowString(2,2,t);

 现象