STM32 的I2C 特性及架構
如果我們直接控制STM32 的兩個GPIO 引腳，分別用作SCL 及SDA，按照上述信號的時序要求，直接像控制LED 燈那樣控制引腳的輸出(若是接收數據時則讀取SDA 電平)，就可以實現I2C 通訊。同樣，假如我們按照USART 的要求去控制引腳，也能實現USART通訊。所以只要遵守協議，就是標准的通訊，不管您如何實現它，不管是ST 生產的控制器還是ATMEL 生產的存儲器， 都能按通訊標准交互。
由於直接控制GPIO 引腳電平產生通訊時序時，需要由CPU 控制每個時刻的引腳狀態，所以稱之為“軟件模擬協議”方式。
相對地，還有“硬件協議”方式，STM32 的I2C 片上外設專門負責實現I2C 通訊協議，只要配置好該外設，它就會自動根據協議要求產生通訊信號，收發數據並緩存起來，CPU只要檢測該外設的狀態和訪問數據寄存器，就能完成數據收發。這種由硬件外設處理I2C協議的方式減輕了CPU 的工作，且使軟件設計更加簡單。
STM32 的I2C 外設簡介
STM32 的I2C 外設可用作通訊的主機及從機，支持100Kbit/s 和400Kbit/s 的速率，支持7 位、10 位設備地址，支持DMA 數據傳輸，並具有數據校驗功能。它的I2C 外設還支持SMBus2.0 協議，SMBus 協議與I2C 類似，主要應用於筆記本電腦的電池管理中。
STM32 的I2C 架構剖析
圖 24-9 I2C 架構圖
通訊引腳
I2C 的所有硬件架構都是根據圖中左側SCL 線和SDA 線展開的(其中的SMBA 線用於SMBUS 的警告信號，I2C 通訊沒有使用)。STM32 芯片有多個I2C 外設，它們的I2C 通訊信號引出到不同的GPIO 引腳上，使用時必須配置到這些指定的引腳，見表 24-1。關於GPIO引腳的復用功能，以規格書為准。
時鍾控制邏輯
SCL 線的時鍾信號，由I2C 接口根據時鍾控制寄存器(CCR)控制，控制的參數主要為時鍾頻率。配置I2C 的CCR 寄存器可修改通訊速率相關的參數：
可選擇I2C 通訊的“標准/快速”模式，這兩個模式分別I2C 對應100/400Kbit/s 的通訊速率。
在快速模式下可選擇SCL 時鍾的占空比，可選Tlow/Thigh=2 或Tlow/Thigh=16/9模式，我們知道I2C 協議在SCL 高電平時對SDA 信號采樣，SCL 低電平時SDA准備下一個數據，修改SCL 的高低電平比會影響數據采樣，但其實這兩個模式的比例差別並不大，若不是要求非常嚴格，這里隨便選就可以了。
CCR 寄存器中還有一個12 位的配置因子CCR，它與I2C 外設的輸入時鍾源共同作用，產生SCL 時鍾，STM32 的I2C 外設都掛載在APB1 總線上，使用APB1 的時鍾源PCLK1，SCL 信號線的輸出時鍾公式如下：
計算結果得出CCR 為30，向該寄存器位寫入此值則可以控制IIC 的通訊速率為400KHz，其實即使配置出來的SCL 時鍾不完全等於標准的400KHz，IIC 通訊的正確性也不會受到影響，因為所有數據通訊都是由SCL 協調的，只要它的時鍾頻率不遠高於標准即可。
數據控制邏輯
I2C 的SDA 信號主要連接到數據移位寄存器上，數據移位寄存器的數據來源及目標是數據寄存器(DR)、地址寄存器(OAR)、PEC 寄存器以及SDA 數據線。當向外發送數據的時候，數據移位寄存器以“數據寄存器”為數據源，把數據一位一位地通過SDA 信號線發送出去;當從外部接收數據的時候，數據移位寄存器把SDA 信號線采樣到的數據一位一位地存儲到“數據寄存器”中。若使能了數據校驗，接收到的數據會經過PCE 計算器運算，運算結果存儲在“PEC 寄存器”中。當STM32 的I2C 工作在從機模式的時候，接收到設備地址信號時，數據移位寄存器會把接收到的地址與STM32 的自身的“I2C 地址寄存器”的值作比較，以便響應主機的尋址。STM32 的自身I2C 地址可通過修改“自身地址寄存器”修改，支持同時使用兩個I2C 設備地址，兩個地址分別存儲在OAR1 和OAR2 中。
整體控制邏輯
整體控制邏輯負責協調整個I2C 外設，控制邏輯的工作模式根據我們配置的“控制寄存器(CR1/CR2)”的參數而改變。在外設工作時，控制邏輯會根據外設的工作狀態修改“狀態寄存器(SR1 和SR2)”，我們只要讀取這些寄存器相關的寄存器位，就可以了解I2C的工作狀態。除此之外，控制邏輯還根據要求，負責控制產生I2C 中斷信號、DMA請求及各種I2C 的通訊信號(起始、停止、響應信號等)。
通訊過程
使用I2C 外設通訊時，在通訊的不同階段它會對“狀態寄存器(SR1 及SR2)”的不同數據位寫入參數，我們通過讀取這些寄存器標志來了解通訊狀態。
主發送器
見圖 24-10。圖中的是“主發送器”流程，即作為I2C 通訊的主機端時，向外發送數據時的過程。
圖 24-10 主發送器通訊過程
主發送器發送流程及事件說明如下：
(1) 控制產生起始信號(S)，當發生起始信號后，它產生事件“EV5”，並會對SR1 寄存器的“SB”位置1，表示起始信號已經發送;
(2) 緊接着發送設備地址並等待應答信號，若有從機應答，則產生事件“EV6”及“EV8”，這時SR1 寄存器的“ADDR”位及“TXE”位被置1，ADDR 為1 表示地址已經發送，TXE 為1 表示數據寄存器為空;
(3) 以上步驟正常執行並對ADDR 位清零后，我們往I2C 的“數據寄存器DR”寫入要發送的數據，這時TXE 位會被重置0，表示數據寄存器非空，I2C 外設通過SDA 信號線一位位把數據發送出去后，又會產生“EV8”事件，即TXE 位被置1，重復這個過程，就可以發送多個字節數據了;
(4) 當我們發送數據完成后，控制I2C 設備產生一個停止信號(P)，這個時候會產生EV8_2 事件，SR1 的TXE 位及BTF 位都被置1，表示通訊結束。
假如我們使能了I2C 中斷，以上所有事件產生時，都會產生I2C 中斷信號，進入同一個中斷服務函數，到I2C 中斷服務程序后，再通過檢查寄存器位來判斷是哪一個事件。
主接收器
再來分析主接收器過程，即作為I2C 通訊的主機端時，從外部接收數據的過程，見圖24-11。
圖 24-11 主接收器過程
主接收器接收流程及事件說明如下：
(1) 同主發送流程，起始信號(S)是由主機端產生的，控制發生起始信號后，它產生事件“EV5”，並會對SR1 寄存器的“SB”位置1，表示起始信號已經發送;
(2) 緊接着發送設備地址並等待應答信號，若有從機應答，則產生事件“EV6”這時SR1 寄存器的“ADDR”位被置1，表示地址已經發送。
(3) 從機端接收到地址后，開始向主機端發送數據。當主機接收到這些數據后，會產生“EV7”事件，SR1 寄存器的RXNE 被置1，表示接收數據寄存器非空，我們讀取該寄存器后，可對數據寄存器清空，以便接收下一次數據。此時我們可以控制I2C 發送應答信號(ACK)或非應答信號(NACK)，若應答，則重復以上步驟接收數據，若非應答，則停止傳輸;
(4) 發送非應答信號后，產生停止信號(P)，結束傳輸。
在發送和接收過程中，有的事件不只是標志了我們上面提到的狀態位，還可能同時標志主機狀態之類的狀態位，而且讀了之后還需要清除標志位，比較復雜。我們可使用STM32 標准庫函數來直接檢測這些事件的復合標志，降低編程難度。
視頻資料
（stm32直流電機驅動）
http://www.makeru.com.cn/live/1392_1218.html?s=45051
PWM脈寬調制技術
http://www.makeru.com.cn/live/4034_2146.html?s=45051
基於STM32講解串口操作
http://www.makeru.com.cn/live/1758_490.html?s=45051
（ ADC讀取光照傳感器）
http://www.makeru.com.cn/live/1392_1004.html?s=45051