什么是IIC?STM32的硬件IIC和软件IIC的区别

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。

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 **
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。

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。
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。

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// 定义IIC的GPIO口和引脚#define IIC_SCL_PIN GPIO_PIN_6#define IIC_SCL_PORT GPIOB  
#define IIC_SDA_PIN GPIO_PIN_9#define IIC_SDA_PORT GPIOB  
// 定义读写控制位#define IIC_READ  1#define IIC_WRITE 0  
// 定义函数void IIC_Start(void);void IIC_Stop(void);void IIC_SendByte(uint8_t byte);uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack);  
  
// 启动IIC总线void IIC_Start(void){    HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);    HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);    HAL_Delay(2);  // 稍微延时，确保时序正确    HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);    HAL_Delay(2);    HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);}  
// 结束IIC总线void IIC_Stop(void){    HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET);    HAL_Delay(2);    HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);    HAL_Delay(2);    HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);    HAL_Delay(2);}  
// 发送一个字节void IIC_SendByte(uint8_t byte){    for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)    {        HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);        HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, (byte & (1 << i)) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);        HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确        HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);        HAL_Delay(1);    }    HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);}  
// 读取一个字节uint8_t IIC_ReadByte(uint8_t ack){    uint8_t byte = 0;        HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);    for (int8_t i = 7; i >= 0; i--)    {        HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);        HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确        HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);        HAL_Delay(1);        byte |= (HAL_GPIO_ReadPin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN) << i);    }        if (ack)        HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_RESET); // 发送应答    else        HAL_GPIO_WritePin(IIC_SDA_PORT, IIC_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET);   // 不发送应答        HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_RESET);    HAL_Delay(1); // 稍微延时，确保时序正确    HAL_GPIO_WritePin(IIC_SCL_PORT, IIC_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET);    HAL_Delay(1);        return byte;}

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。
IIC的结束信号为： 在SCL线是高电平时，SDA线从低到高的跳变。 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。 **
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。

STM32硬件IIC优势：

1. 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。

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。

4. 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。

5. 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。

在CubeMX中配置好硬件IIC即可利用HAL库函数进行IIC通讯。

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static void MX_I2C1_Init(void){  hi2c1.Instance = I2C1;  hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;  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;  HAL_I2C_Init(&hi2c1);}  
  
uint8_t deviceAddress = 0x50;//设备地址uint8_t registerAddress = 0x00;//寄存器地址HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, deviceAddress, &registerAddress, 1, HAL_MAX_DELAY);

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。

STM32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。