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I2C總線	電路原理，跳線設置，I2C協議分析。驅動程序與調用。	熟悉I2C總線協議，熟練調用。

師從洋桃電子，杜洋老師

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▲ 回顧上期🔍STM32入門之I2C總線應用詳解（附LM75A溫度傳感器實戰） | 零基礎入門STM32第四十九步

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引言

I2C總線是嵌入式系統中廣泛使用的通信協議，具有接線簡單、多設備共享總線等優點。本文將深入解析STM32的I2C驅動開發，通過分層架構設計、代碼逐行分析和實戰案例演示，幫助開發者快速掌握I2C通信的核心技術。

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一、I2C驅動分層架構

1. 硬件抽象層（HAL）
   ST官方提供的固件庫（如stm32f10x_i2c.c），直接操作寄存器實現基礎功能。
2. 總線驅動層
   封裝I2C協議的核心操作（發送/接收數據），提供I2C_Configuration()等接口。
3. 器件驅動層
   針對具體外設（如LM75A溫度傳感器）的驅動實現。
4. 用戶應用層
   調用驅動函數實現業務邏輯，如溫度顯示。

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二、I2C總線驅動代碼精析

2.1 初始化配置（i2c.c）

void I2C_Configuration(void) {// GPIO配置：SCL=PB6, SDA=PB7GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;  // 復用開漏模式GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);// I2C參數配置I2C_InitStruct.I2C_ClockSpeed = 100000;       // 100kHz標準模式I2C_InitStruct.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2; // 時鐘占空比I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStruct);I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);                        // 使能I2C
}

• 關鍵點：
  • GPIO必須配置為復用開漏模式（支持總線仲裁）
  • 時鐘速度需匹配從機設備（如LM75A支持400kHz）

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2.2 數據發送函數（I2C_SAND_BUFFER）

void I2C_SAND_BUFFER(u8 SlaveAddr, u8 WriteAddr, u8* pBuffer, u16 NumByteToWrite) {I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);              // 發送起始信號while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT)); // 等待EV5I2C_Send7bitAddress(I2C1, SlaveAddr, I2C_Direction_Transmitter); // 發送設備地址while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED)); // 等待EV6I2C_SendData(I2C1, WriteAddr);                // 發送寄存器地址while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED)); // 等待EV8while(NumByteToWrite--) {                     // 循環發送數據I2C_SendData(I2C1, *pBuffer++);while(!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));}I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);               // 發送停止信號
}

• 協議流程：
  1. 起始信號 → 2. 發送地址+寫方向 → 3. 發送寄存器地址 → 4. 發送數據 → 5. 停止信號

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2.3 數據接收函數（I2C_READ_BUFFER）

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三、總線速度配置原理

在i2c.h中定義總線速率：

#define BusSpeed 200000  // 200kHz

• 計算公式：

$$\text{SCL頻率}=\frac{\text{APB1時鐘頻率}}{2\times (\text{I2C\_ClockSpeed}+1)}$$

• 注意事項：
  • APB1時鐘需在初始化時正確配置（默認為36MHz）
  • 實際速率可通過示波器測量SCL引腳驗證

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四、用戶應用實戰（main.c）

int main(void) {u8 tempData[3];I2C_Configuration();          // 初始化I2CTM1640_Init();                // 初始化顯示模塊while(1) {LM75A_GetTemp(tempData);  // 讀取溫度// 顯示溫度值（示例代碼略）delay_ms(200);            // 控制采樣頻率}
}

• 調用鏈：
  main() → LM75A_GetTemp() → I2C_READ_BUFFER() → 硬件寄存器操作

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五、器件驅動開發（LM75A示例）

5.1 溫度讀取函數

void LM75A_GetTemp(u8 *Tempbuffer) {u8 rawData[2];I2C_READ_BUFFER(LM75A_ADD, 0x00, rawData, 2); // 讀取原始數據// 數據解析（示例）int16_t temp = (rawData[0] << 8) | rawData[1];temp = temp >> 5;  // 有效數據為11位*Tempbuffer = temp * 0.125;  // 轉換為實際溫度值
}

• 關鍵參數：
  • LM75A_ADD = 0x9E（包含R/W位）
  • 溫度數據為16位（高11位有效）

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六、常見問題排查指南

現象	可能原因	解決方案
總線無響應	1. 硬件連接錯誤	檢查SCL/SDA上拉電阻（4.7kΩ）
數據校驗失敗	2. 時序不匹配	降低時鐘速度或調整延時
重復地址沖突	3. 從機地址配置錯誤	使用I2C掃描工具檢測設備地址

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七、進階優化技巧

1. DMA傳輸
   使用DMA減少CPU占用：

   I2C_DMACmd(I2C1, I2C_DMAReq_Tx | I2C_DMAReq_Rx, ENABLE);
   

2. 錯誤恢復機制
   檢測總線忙狀態時自動復位：

   if(I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY)) {I2C_SoftwareResetCmd(I2C1, ENABLE);I2C_SoftwareResetCmd(I2C1, DISABLE);
   }
   

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八、相關資源

[1] 洋桃電子B站課程-STM32入門100步
[2] STM32F103xx官方數據手冊
[3] STM32F103X8-B數據手冊（中文）
[4] STM32F103固件函數庫用戶手冊（中文）
[5] I2C總線規范（中文）
[6] LM75（溫度傳感器）數據手冊+編程說明+應用
[7] 溫度傳感器數碼管顯示程序
[8] I2C驅動程序分析.pptx

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總結

本文從STM32的I2C驅動架構出發，詳細解析了總線初始化、數據收發和速度配置的實現原理，并結合LM75A溫度傳感器展示了實際應用場景。掌握以下核心要點：

1. 分層架構設計提升代碼可維護性
2. 嚴格遵循I2C協議時序
3. 合理配置總線速率匹配外設
4. 善用調試工具（如邏輯分析儀）驗證通信波形

通過理論結合實踐的方式，開發者能夠快速構建穩定可靠的I2C通信系統。

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📌 下期預告：下一期將探討LM75A驅動程序分析，歡迎持續關注！

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版權聲明：本文采用[CC BY-NC-SA 4.0]協議，轉載請注明來源
實測開發版：洋桃1號開發版（基于STM32F103C8T6）
更新日志：

• v1.0 初始版本（2025-03-07）