STM32 I2C (IIC) 配置详解 (基于 HAL 库)

1. 核心概念

• I2C 总线：双线串行通信协议（SCL 时钟线 + SDA 数据线），支持多主多从。
• 通信模式：
  • 标准模式：100 kHz
  • 快速模式：400 kHz
  • 高速模式：3.4 MHz（需硬件支持）
• 地址机制：7 位/10 位从机地址（常用 7 位），需左移 1 位后添加读写位（0:写, 1:读）。

2. 配置步骤

(1) 使能时钟

// 使能 I2C 和 GPIO 时钟（以 I2C1，PB6=SCL, PB7=SDA 为例）
__HAL_RCC_I2C1_CLK_ENABLE();         // I2C1 时钟
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();        // GPIOB 时钟

(2) 配置 GPIO

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
GPIO_InitStruct.Pin       = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;  // PB6(SCL), PB7(SDA)
GPIO_InitStruct.Mode      = GPIO_MODE_AF_OD;          // 复用开漏输出
GPIO_InitStruct.Pull      = GPIO_PULLUP;              // 启用上拉电阻（关键！）
GPIO_InitStruct.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;     // 高速模式
GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF4_I2C1;            // 复用功能映射
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

注意：必须使用外部上拉电阻（通常 4.7kΩ），内部上拉可能强度不足。

(3) 配置 I2C 参数

I2C_HandleTypeDef hi2c1;
hi2c1.Instance             = I2C1;                    // 选择 I2C1
hi2c1.Init.ClockSpeed      = 400000;                  // 400kHz 快速模式
hi2c1.Init.DutyCycle       = I2C_DUTYCYCLE_2;         // 时钟占空比（快速模式有效）
hi2c1.Init.OwnAddress1     = 0;                       // 主机模式填 0
hi2c1.Init.AddressingMode  = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT; // 7 位地址
hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
hi2c1.Init.NoStretchMode   = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;   // 禁用时钟拉伸

if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK) {
  // 错误处理（如 Error_Handler()）
}

(4) 可选：重映射/使用 DMA

• 引脚重映射：查看芯片手册的 AF 功能映射表。
• 启用 DMA：减少 CPU 占用，适合高速传输。

  HAL_I2C_Transmit_DMA(&hi2c1, devAddr, pData, size);

3. 常用 API 函数

示例：向 EEPROM (地址 0xA0) 写入数据

uint16_t devAddr = 0xA0 << 1;       // 7位地址左移，末尾写位=0
uint16_t memAddr = 0x0010;          // EEPROM 内部地址
uint8_t data[2] = {0xAA, 0xBB};     // 待写入数据
HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, devAddr, memAddr, I2C_MEMADD_SIZE_16BIT, data, 2, HAL_MAX_DELAY);

4. 调试技巧

1. 硬件检查：
   • 确认 SCL/SDA 上拉电阻（4.7kΩ 到 VCC）。
   • 避免引脚冲突（复用功能正确）。
2. 逻辑分析仪：抓取 SCL/SDA 波形，检查时序和 ACK/NACK。
3. 常见错误处理：
   • HAL_I2C_ERROR_AF：无应答（检查从机地址/连接）。
   • HAL_I2C_ERROR_BERR：总线错误（检查物理连接）。
   • HAL_I2C_ERROR_TIMEOUT：超时（检查时钟配置/复位总线）。
4. 复位 I2C 总线（超时恢复）：

   HAL_I2C_DeInit(&hi2c1);
   HAL_Delay(10);
   HAL_I2C_Init(&hi2c1);

5. CubeMX 配置捷径

1. 在 Pinout 选项卡中配置 I2C 引脚。
2. 在 Configuration 中设置：
   • 时钟速度、占空比、地址模式。
   • 启用中断/DMA（可选）。
3. 生成代码后，直接调用 HAL 函数即可使用。

? 关键点总结：

• GPIO 必须配置为开漏输出 + 外部上拉！
• 从机地址需左移 1 位（HAL 库要求）。
• 超时问题优先检查硬件连接和上拉电阻。