STM32-I2C驱动开发全解析从理论到实战-零基础入门STM32第五十步
STM32 I2C驱动开发全解析：从理论到实战 | 零基础入门STM32第五十步
| 主题 | 内容 | 教学目的/扩展视频 |
|---|---|---|
| I2C总线 | 电路原理，跳线设置，I2C协议分析。驱动程序与调用。 | 熟悉I2C总线协议，熟练调用。 |
师从 ，杜洋老师
▲
引言
I2C总线是嵌入式系统中广泛使用的通信协议，具有接线简单、多设备共享总线等优点。本文将深入解析STM32的I2C驱动开发，通过 分层架构设计 、 代码逐行分析 和 实战案例演示 ，帮助开发者快速掌握I2C通信的核心技术。
一、I2C驱动分层架构
用户应用层 main.c
器件驱动层 LM75A
总线驱动层 i2c.c
硬件抽象层 stm32f10x_i2c.c
硬件寄存器
硬件抽象层（HAL）
ST官方提供的固件库（如
stm32f10x_i2c.c），直接操作寄存器实现基础功能。总线驱动层
封装I2C协议的核心操作（发送/接收数据），提供
I2C_Configuration()等接口。器件驱动层
针对具体外设（如LM75A温度传感器）的驱动实现。
用户应用层
调用驱动函数实现业务逻辑，如温度显示。
二、I2C总线驱动代码精析
2.1 初始化配置（i2c.c）
void I2C_Configuration(void) {
// GPIO配置：SCL=PB6, SDA=PB7
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD; // 复用开漏模式
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
// I2C参数配置
I2C_InitStruct.I2C_ClockSpeed = 100000; // 100kHz标准模式
I2C_InitStruct.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2; // 时钟占空比
I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStruct);
I2C_Cmd(I2C1, ENABLE); // 使能I2C
}- 关键点
：
- GPIO必须配置为 复用开漏模式 （支持总线仲裁）
- 时钟速度需匹配从机设备（如LM75A支持400kHz）
2.2 数据发送函数（I2C_SAND_BUFFER）
void I2C_SAND_BUFFER(u8 SlaveAddr, u8 WriteAddr, u8* pBuffer, u16 NumByteToWrite) {
I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE); // 发送起始信号
while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)); // 等待EV5
I2C_Send7bitAddress(I2C1, SlaveAddr, I2C_Direction_Transmitter); // 发送设备地址
while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED)); // 等待EV6
I2C_SendData(I2C1, WriteAddr); // 发送寄存器地址
while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED)); // 等待EV8
while(NumByteToWrite--) { // 循环发送数据
I2C_SendData(I2C1, *pBuffer++);
while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));
}
I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE); // 发送停止信号
}- 协议流程
：
- 起始信号 → 2. 发送地址+写方向 → 3. 发送寄存器地址 → 4. 发送数据 → 5. 停止信号
2.3 数据接收函数（I2C_READ_BUFFER）
MCU
Slave
START + 设备地址(写)
寄存器地址
REPEATED START + 设备地址(读)
数据字节1 (ACK)
数据字节2 (NACK)
STOP
MCU
Slave
三、总线速度配置原理
在
i2c.h
中定义总线速率：
#define BusSpeed 200000 // 200kHz
- 计算公式 ：
SCL频率
APB1时钟频率 2 × ( I2C_ClockSpeed + 1 ) \text{SCL频率} = \frac{\text{APB1时钟频率}}{2 \times (\text{I2C_ClockSpeed} + 1)}
SCL
频率
=
2
×
(
I2C_ClockSpeed
1
)
APB1
时钟频率
- 注意事项
：
- APB1时钟需在初始化时正确配置（默认为36MHz）
- 实际速率可通过示波器测量SCL引脚验证
四、用户应用实战（main.c）
int main(void) {
u8 tempData[3];
I2C_Configuration(); // 初始化I2C
TM1640_Init(); // 初始化显示模块
while(1) {
LM75A_GetTemp(tempData); // 读取温度
// 显示温度值（示例代码略）
delay_ms(200); // 控制采样频率
}
}调用链 ：
main()→LM75A_GetTemp()→I2C_READ_BUFFER()→ 硬件寄存器操作
五、器件驱动开发（LM75A示例）
5.1 温度读取函数
void LM75A_GetTemp(u8 *Tempbuffer) {
u8 rawData[2];
I2C_READ_BUFFER(LM75A_ADD, 0x00, rawData, 2); // 读取原始数据
// 数据解析（示例）
int16_t temp = (rawData[0] << 8) | rawData[1];
temp = temp >> 5; // 有效数据为11位
*Tempbuffer = temp * 0.125; // 转换为实际温度值
}- 关键参数
：
LM75A_ADD = 0x9E（包含R/W位）- 温度数据为16位（高11位有效）
六、常见问题排查指南
| 现象 | 可能原因 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 总线无响应 | 1. 硬件连接错误 | 检查SCL/SDA上拉电阻（4.7kΩ） |
| 数据校验失败 | 2. 时序不匹配 | 降低时钟速度或调整延时 |
| 重复地址冲突 | 3. 从机地址配置错误 | 使用I2C扫描工具检测设备地址 |
七、进阶优化技巧
DMA传输
使用DMA减少CPU占用：
I2C_DMACmd(I2C1, I2C_DMAReq_Tx | I2C_DMAReq_Rx, ENABLE);错误恢复机制
检测总线忙状态时自动复位：
if(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY)) { I2C_SoftwareResetCmd(I2C1, ENABLE); I2C_SoftwareResetCmd(I2C1, DISABLE); }
八、相关资源
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
总结
本文从STM32的I2C驱动架构出发，详细解析了总线初始化、数据收发和速度配置的实现原理，并结合LM75A温度传感器展示了实际应用场景。掌握以下核心要点：
- 分层架构设计提升代码可维护性
- 严格遵循I2C协议时序
- 合理配置总线速率匹配外设
- 善用调试工具（如逻辑分析仪）验证通信波形
通过理论结合实践的方式，开发者能够快速构建稳定可靠的I2C通信系统。
💬 技术讨论（请在评论区留言~）
📌 下期预告 ：下一期将探讨 LM75A驱动程序分析 ，欢迎持续关注！
版权声明 ：本文采用[CC BY-NC-SA 4.0]协议，转载请注明来源
实测开发版 ：洋桃1号开发版（基于STM32F103C8T6）
更新日志 ：
- v1.0 初始版本（2025-03-07）