STM32 HAL库I2C函数使用详解：以MPU6050传感器为例

引言
I2C（Inter - Integrated Circuit）由Philips公司开发的一种简单、双向二线制串行通信协议。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息，主要用于短距离、低速的数据传输，广泛应用于各种传感器、存储器等设备的通信中。MPU6050 六轴传感器便是常见的基于 I2C 通信的设备，它能同时测量加速度和角速度，在机器人、无人机等领域有着广泛的应用。本文将详细介绍如何使用 STM32 HAL 库中的 I2C 函数与 MPU6050 传感器进行通信。

目录

一、开发环境

二、MPU6050传感器

[三、STM32 HAL 库 I2C 函数介绍](#三、STM32 HAL 库 I2C 函数介绍)

[1. 阻塞模式函数](#1. 阻塞模式函数)

[2. 中断模式函数](#2. 中断模式函数)

3.回调函数

四、代码示例及详解

[1.发送寄存器地址向MPU6050的某个寄存器发送地址，以便后续读取该寄存器的内容。例如，who am i寄存器地址为0x75：](#1.发送寄存器地址向MPU6050的某个寄存器发送地址，以便后续读取该寄存器的内容。例如，who am i寄存器地址为0x75：)

2.读取寄存器值现在我们可以从刚才指定的寄存器中读取数据了：

3.使用中断模式为了提高效率，我们还可以使用中断模式进行数据传输。以下是一个使用中断模式的示例：

4.完整示例代码

五、运行结果

六、总结

---

一、开发环境

硬件：正点原子精英版 V2 STM32F103开发板

单片机：STM32F103ZET6

Keil版本：5.32

STM32CubeMX版本：6.9.2

STM32Cube MCU Packges版本：STM32F1xx_DFP.2.4.1
串口：USART1(PA9,PA10)

I2C2:PB10(SCL),PB11(SDA)

二、MPU6050传感器

MPU6050 是一款集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪的六轴运动传感器。

对于 MPU6050 六轴传感器，其数据手册会说明它的默认 I2C 地址为 0x68 或 0x69，这取决于 AD0 引脚的电平状态。当 AD0 引脚接地时，地址为 0x68；当 AD0 引脚接高电平时，地址为 0x69 。开发者在使用该传感器时，只需按照手册中的说明来确定地址即可。

下面是相关信息汇总表：

|--------------------|-------------------------------|
| 从机地址 | b1101000（0x68）或b1101001（0x69） |
| WHO_AM_I寄存器地址 | 0x75 |
| WHO_AM_I寄存器该寄存器默认值 | 0x68 |

三、STM32 HAL 库 I2C 函数介绍

STM32的I2C控制器处理了I2C协议中的大部分基本时序，包括起始条件、停止条件、时钟同步以及ACK/NACK响应。此外，它还支持多种传输模式，如轮询模式、中断模式和DMA模式。HAL库进一步封装了这些底层操作，提供了一系列易于使用的API函数，使开发者能够专注于应用逻辑而非底层细节。通常情况下，开发者只需调用HAL库API函数，即可实现I2C通信。以下是一些常用的 I2C 函数：

1. 阻塞模式函数

HAL_I2C_Master_Transmit()：主机向从机发送数据，函数会阻塞等待数据发送完成。

HAL_I2C_Master_Receive()：主机从从机接收数据，同样是阻塞等待接收完成。

HAL_I2C_Mem_Write()：主机向从机的指定内存地址写入数据。

HAL_I2C_Mem_Read()：主机从从机的指定内存地址读取数据。

2. 中断模式函数

HAL_I2C_Master_Transmit_IT()：以中断模式向从机发送数据，函数调用后立即返回，数据发送完成会触发回调函数。

HAL_I2C_Master_Receive_IT()：以中断模式从从机接收数据，同样调用后立即返回，接收完成触发回调。

HAL_I2C_Mem_Write_IT()：以中断模式向从机指定内存地址写入数据。

HAL_I2C_Mem_Read_IT()：以中断模式从从机指定内存地址读取数据。

3.回调函数

HAL_I2C_MasterTxCpltCallback()：主机发送完成回调函数。

调用过程:I2C2_EV_IRQHandler-> HAL_I2C_EV_IRQHandler(&hi2c2)->I2C_MasterTransmit_BTF(hi2c)->HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(hi2c);

HAL_I2C_MasterRxCpltCallback()：主机接收完成回调函数。

HAL_I2C_MemRxCpltCallback()指定内存地址函数(HAL_I2C_Mem_Read_IT())主机接收完成回调函数。

调用过程:I2C2_EV_IRQHandler->HAL_I2C_EV_IRQHandler(&hi2c2)->I2C_MemoryTransmit_TXE_BTF(hi2c)->HAL_I2C_MemTxCpltCallback(hi2c);

四、代码示例及详解

对于程序来说，与 I2C 设备的通信过程看似复杂，但实际上只是调用STM32 HAL库I2C函数的寄存器读写操作。

1.发送寄存器地址

向MPU6050的某个寄存器发送地址，以便后续读取该寄存器的内容。例如，who am i寄存器地址为0x75：

uint8_t reg_addr = 0x75; // 目标寄存器地址（MPU6050的WHO_AM_I寄存器）
uint8_t value;           // 存储读取值的变量

// 发送寄存器地址（写操作），使用查询方式写 I2C 设备
HAL_I2C_Master_Transmit(
    &hi2c2,                     // 哪个控制器, 使用I2C2
    (0x68 << 1),                // 设备地址左移1位
    &reg_addr,                  // 数据 buffer, 要写入的寄存器地址
    1,                          // 数据长度1字节
    1000                        // 超时时间，单位是 Tick，一般是 1ms, 超时1秒
);

2.读取寄存器值

现在我们可以从刚才指定的寄存器中读取数据了：

// 调用 HAL_I2C_Master_Receive 函数，通过 I2C2 总线从从机地址为 0x68 的设备读取一个字节的数据到 value 变量中
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c2, (0x68 << 1), &value, 1, 1000);

// 调用 printf 函数，通过串口输出从 MPU6050 的 0x75 寄存器读取到的值
printf("HAL_I2C_Master_Receive the value of mpu6050 0x75 reg: 0x%X\r\n", value);

// 将 value 变量清零，准备下一次读取
value = 0;
HAL_Delay(3000);

3.使用中断模式

为了提高效率，我们还可以使用中断模式进行数据传输。以下是一个使用中断模式的示例：

// 调用 HAL_I2C_Master_Transmit_IT 函数，以中断模式通过 I2C2 总线向从机地址为 0x68 的设备发送要读取的寄存器地址
HAL_I2C_Master_Transmit_IT(&hi2c2, (0x68 << 1), &reg_addr, 1);

// 调用 Wait_I2C_Tx_Complete 函数，等待 I2C 发送操作完成
Wait_I2C_Tx_Complete();

// 调用 HAL_I2C_Master_Receive_IT 函数，以中断模式通过 I2C2 总线从从机地址为 0x68 的设备读取一个字节的数据到 value 变量中
HAL_I2C_Master_Receive_IT(&hi2c2, (0x68 << 1), &value, 1);

// 调用 Wait_I2C_Read_Complete 函数，等待 I2C 读取操作完成
Wait_I2C_Read_Complete();     

// 打印读取到的值
printf("HAL_I2C_Master_Receive_IT the value of mpu6050 0x75 reg: 0x%X\r\n", value);

// 禁用 I2C2 总线的事件中断、缓冲区中断和错误中断
__HAL_I2C_DISABLE_IT(&hi2c2, I2C_IT_EVT | I2C_IT_BUF | I2C_IT_ERR);

value = 0;
HAL_Delay(3000);

4.完整示例代码,附件是源码

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2025 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "i2c.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <string.h>
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
extern UART_HandleTypeDef huart1;
extern I2C_HandleTypeDef hi2c2;
/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
void Wait_I2C_Read_Complete(void);
static volatile  uint8_t g_i2c_rx_flag;
void Wait_I2C_Tx_Complete(void);
static volatile  uint8_t g_i2c_tx_flag;
char *str= "I2C FUNCTIONS\r\n";
char c;

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_I2C1_Init();
  MX_I2C2_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	/*举例函数的使用
	HAL_I2C_Master_Transmit();
	HAL_I2C_Master_Receive();
	HAL_I2C_Master_Transmit_IT();
	HAL_I2C_MasterTxCpltCallback();
	HAL_I2C_Master_Receive_IT();
	HAL_I2C_MasterRxCpltCallback();

	HAL_I2C_Mem_Write()
	HAL_I2C_Mem_Read()
	HAL_I2C_Mem_Write_IT();
	HAL_I2C_Mem_Read_IT();
	HAL_I2C_MasterRxCpltCallback();

	*/
  HAL_UART_Transmit(&huart1,str,strlen(str),1000);
	
	uint8_t reg_addr =0x75;// 目标寄存器地址（MPU6050的WHO_AM_I寄存器）
	uint8_t value;              // 存储读取值的变量
	//发送寄存器地址（写操作）,使用查询方式写 I2C 设备、读 I2C 设备函数
	HAL_I2C_Master_Transmit(
      &hi2c2,                     // 哪个控制器,使用I2C2
      (0x68<<1),                  // 设备地址左移1位
      &reg_addr,                  // 数据 buffer,要写入的寄存器地址
      1,                          // 数据长度1字节
      1000                        // ,超时时间，单位是 Tick，一般是 1ms,超时1秒
  );
  //(0x68<<1)：将从机地址 0x68 左移一位，得到 0xD0（二进制 b11010000）。左移的目的是为了符合 I2C 通信协议中地址字节的格式，让最低位置0
	// 调用 HAL_I2C_Master_Receive 函数，通过 I2C2 总线从从机地址为 0x68 的设备读取一个字节的数据到 value 变量中
	HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c2, 0x68<<1,&value,1,1000);
	// 调用 printf 函数，通过串口输出从 MPU6050 的 0x75 寄存器读取到的值
	printf("HAL_I2C_Master_Receive  the value of mpu6050 0x75reg:0X%x\r\n",value);
	  // 将 value 变量清零，准备下一次读取
	value =0;
  HAL_Delay(3000);
	// 调用 HAL_I2C_Mem_Read 函数，通过 I2C2 总线从从机地址为 0x68 的设备的 0x75 寄存器读取一个字节的数据到 value 变量中
	HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2, (0x68<<1), reg_addr,1, &value, 1, 100);	
	printf("HAL_I2C_Mem_Read the value of mpu6050 0x75reg:0X%x\r\n",value);
	value =0;
	HAL_Delay(3000);
	 // 调用 HAL_I2C_Master_Transmit_IT 函数，以中断模式通过 I2C2 总线向从机地址为 0x68 的设备发送要读取的寄存器地址
	HAL_I2C_Master_Transmit_IT(&hi2c2, 0x68<<1,&reg_addr,1);
	 // 调用 Wait_I2C_Tx_Complete 函数，等待 I2C 发送操作完成
	Wait_I2C_Tx_Complete();
	 // 调用 HAL_I2C_Master_Receive_IT 函数，以中断模式通过 I2C2 总线从从机地址为 0x68 的设备读取一个字节的数据到 value 变量中
  HAL_I2C_Master_Receive_IT(&hi2c2, 0x68<<1,&value,1);
	// 调用 Wait_I2C_Read_Complete 函数，等待 I2C 读取操作完成
	Wait_I2C_Read_Complete();     
	printf("HAL_I2C_Master_Receive_IT the value of mpu6050 0x75reg:0X%x\r\n",value);
	// 调用 __HAL_I2C_DISABLE_IT 宏，禁用 I2C2 总线的事件中断、缓冲区中断和错误中断
	__HAL_I2C_DISABLE_IT(&hi2c2, I2C_IT_EVT | I2C_IT_BUF | I2C_IT_ERR);
	value =0;
	HAL_Delay(3000);
	  // 调用 HAL_I2C_Mem_Read_IT 函数，以中断模式通过 I2C2 总线从从机地址为 0x68 的设备的 0x75 寄存器读取一个字节的数据到 value 变量中
	HAL_I2C_Mem_Read_IT(&hi2c2, (0x68<<1), reg_addr,1, &value, 1);
	Wait_I2C_Read_Complete();     
	printf("HAL_I2C_Mem_Read_IT the value of mpu6050 0x75reg:0X%x\r\n",value);
	
	
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */

 
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
	if (hi2c->Instance == I2C2)
	{
		g_i2c_tx_flag = 1;
	}
}

void Wait_I2C_Tx_Complete(void)
{
	while (g_i2c_tx_flag == 0);
	g_i2c_tx_flag = 0;
}

void HAL_I2C_MasterRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
	if(hi2c->Instance == I2C2)
	{	
		 g_i2c_rx_flag=1;
	}
}

void HAL_I2C_MemRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{	
	if(hi2c->Instance == I2C2)
	{	
		 g_i2c_rx_flag=1;
	}
}
void Wait_I2C_Read_Complete(void)
{
  while(0==g_i2c_rx_flag);
	g_i2c_rx_flag=0;
}
/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

五、运行结果

打开串口助手,接收到数据

六、总结

通过本文的介绍，我们详细了解了如何使用 STM32 HAL 库中的 I2C 函数与 MPU6050 传感器进行通信。从确定从机地址，到使用各种 I2C 函数进行寄存器的读写操作，再到中断模式的使用和中断的禁用，每一个步骤都进行了详细的解释和代码示例。希望本文能帮助你快速掌握 STM32 HAL 库 I2C 函数的使用，仅供参考,有任何问题，欢迎在评论区留言讨论！