本节内容为理论内容
I2C 协议简介
I2C 物理层
I2C 协议层
I2C 基本读写过程
1. 主机写操作
最上面的时序图，描述了主机向从机写入数据的过程。
- S：起始信号。表示通信开始。
- SLAVE ADDRESS：从机地址。主机发送要通信的从设备地址。
- R/W ：读写位。此处为 '0' ，表示写操作。
- A：应答信号。从机收到地址和读写位后，拉低总线表示应答。
- DATA：数据。主机发送数据字节。
- A / A̅：应答/非应答。每发送一个字节数据，接收方都需要发送一个应答位。最后一个字节传输完后，可以是应答也可以是非应答。
- P：停止信号。表示通信结束。
总结流程： 起始 -> 发送从机地址(写) -> 等待应答 -> 发送数据(n字节) -> 等待应答 -> 停止。
2. 主机读操作
中间的时序图，描述了主机从从机读取数据的过程。
- S：起始信号。
- SLAVE ADDRESS：从机地址。
- R/W ：读写位。此处为 '1' ，表示读操作。
- A：应答信号。从机收到地址和读命令后应答。
- DATA：数据。此时数据方向是从从机到主机。
- A：应答信号。主机接收到数据后，通常需要发送应答（除了最后一个字节）。
- P：停止信号。
总结流程： 起始 -> 发送从机地址(读) -> 等待应答 -> 接收数据(n字节) -> 发送应答 -> 停止。
3. 复合模式
最下面的长时序图，也称为"复合格式"或"重复启动模式"。这通常用于先写后读的场景，例如：先向传感器写入要读取的寄存器地址，然后再读取该寄存器的数据。
- 第一阶段（写）：
-
- S：起始信号。
- SLAVE ADDRESS + R/W̅：发送从机地址，R/W位为写（0）。
- DATA (n字节 + ack)：发送控制数据（通常是寄存器地址）。
- Sr ：重复起始信号。注意这里没有发送停止信号（P），而是直接再次发送起始信号。这保证了总线的占用权不释放，防止其他主机干扰。
- 第二阶段（读/写）：
-
- SLAVE ADDRESS + R/W̅：再次发送从机地址，此时R/W位根据需求决定（通常是切换为读 '1'）。
- DATA (n字节 + ack)：进行数据的读取或写入。
- P：停止信号。通信彻底结束。
通讯的起始和停止信号
数据有效性
地址和数据方向
响应
STM32 的 I2C 架构
1. 物理接口层 (橙色部分)
这是 STM32 芯片与外部世界连接的物理引脚。
- SDA (Serial Data)：串行数据线，用于双向传输数据。
- SCL (Serial Clock)：串行时钟线，由主机产生时钟信号。
- SMBA (SMBus Alert)：SMBus 警报线。SMBus 是基于 I2C 的一种总线标准，这个引脚用于特定的警报功能，在普通 I2C 通信中不常用。
2. 时钟控制模块 (紫色部分)
这部分负责生成和管理 I2C 通信所需的时钟信号。
- 时钟控制：负责根据设定的速度（标准模式 100kHz 或快速模式 400kHz）来分频产生 SCL 时钟。
- 时钟控制寄存器 (CCR)：用户可以通过编程这个寄存器来配置 I2C 的通信速率（波特率）。
3. 数据处理与移位模块 (绿色部分)
这是 I2C 通信的核心数据通路，负责数据的串并转换和过滤。
- 数据寄存器 (DR)：这是 CPU 与 I2C 外设交换数据的地方。
-
- 发送时：CPU 把数据写入 DR。
- 接收时：CPU 从 DR 读取收到的数据。
- 数据移位寄存器：负责将并行数据转换为串行数据（发送时），或将串行数据转换为并行数据（接收时）。它直接连接到 SDA 线进行位传输。
- 比较器：用于从机模式。当主机发送地址时，硬件会将总线上的地址与"自身地址寄存器"里的值进行比较，如果匹配，则选中该从机。
- 自身地址寄存器 / 双地址寄存器：存储 STM32 作为从机时的地址。
- PEC 计算 / PEC 寄存器：用于数据包错误校验（Packet Error Checking），这是 SMBus 协议特有的功能，用于验证数据完整性。
4. 控制逻辑与状态模块 (黄色部分)
这部分是 I2C 外设的"大脑"，负责协调各个模块的工作，并向 CPU 报告状态。
- 控制寄存器 (CR1 和 CR2)：用户通过写这些寄存器来开启 I2C、配置应答使能、启动/停止传输等。
- 状态寄存器 (SR1 和 SR2)：反映当前的通信状态（例如：发送寄存器为空、接收寄存器非空、地址已发送、总线忙等）。CPU 通过读取这些寄存器来判断下一步该做什么。
- 控制逻辑：根据 CR 寄存器的设置和当前的通信状态，自动控制时序的产生（如产生起始信号、停止信号、应答信号）。
- 中断 / DMA 请求：当特定事件发生（如数据接收完成）时，硬件会自动向 CPU 发送中断请求或 DMA 请求，从而减少 CPU 的负担，提高传输效率。