stm32cubemx+freertos+中断实现IIC从机
最近做一个项目需要将stm32配置为iic的从机模式来响应总线的读写需求，看了网上的大部分资料讲解的都不是很全面，因此这里做一个小分享。iic通信流程
要编写iic从机模式的代码，就得对iic得整个通信流程足够熟悉，下面是流程的介绍讲解
[*]主机发送数据（从机接收数据）
[*]起始信号（START）
主机在检测到总线为“空闲状态”（即 SDA、SCL 线均为高电平）时，发送一个启动信号“S”，开始一次通信。
[*]发送从机地址和写命令
主机接着发送一个命令字节。该字节由 7 位的外围器件地址和 1 位读写控制位 R/W 组成（此时 R/W=0 表示写操作）。
[*]从机应答
相对应的从机收到命令字节后向主机回馈应答信号 ACK（ACK=0），表示地址匹配并准备好接收数据。
[*]发送数据字节
主机收到从机的应答信号后开始发送第一个字节的数据。从机收到数据后返回一个应答信号 ACK。主机收到应答信号后再发送下一个数据字节。
[*]结束通信
当主机发送最后一个数据字节并收到从机的 ACK 后，通过向从机发送一个停止信号 P 结束本次通信并释放总线。从机收到 P 信号后也退出与主机之间的通信。
流程示意图：
┌───────┐ ┌─────────────┐ ┌───────┐ ┌──────────┐ ┌───────┐ ┌────────┐
│ START │ →│ 地址+写命令 │ →│ ACK│ →│ 数据字节 │ →│ ACK│ → ... →│ STOP │
└───────┘ └─────────────┘ └───────┘ └──────────┘ └───────┘ └────────┘
[*]主机读取数据（从机发送数据）
[*]起始信号（START）
主机拉低SDA线（在SCL高电平期间产生下降沿），表示通信开始。
[*]发送从机地址+写命令
[*]主机发送7位从机地址，后跟1位方向控制位（R/W） ，此处为0（写模式）。
[*]从机返回应答信号（ACK） （SDA拉低）确认地址匹配。
[*]发送寄存器地址
[*]主机发送8位寄存器地址，指定需要读取的从机内部寄存器位置。
[*]从机再次返回ACK确认接收成功。
[*]重复起始信号（Repeated START）
主机在未发送停止信号的情况下，再次产生起始信号，切换到读模式。
[*]发送从机地址+读命令
[*]重新发送7位从机地址，方向控制位改为1（读模式）。
[*]从机返回ACK，准备发送数据。
[*]接收数据并应答
[*]从机发送数据：从机在SCL的每个上升沿将数据位输出到SDA线，高位优先。
[*]主机应答
：每接收完8位数据，主机在第9个时钟周期：
[*]若需继续读取：发送ACK（SDA拉低）。
[*]若结束读取：发送NACK（SDA保持高电平）。
[*]停止信号（STOP）
主机在SCL高电平期间拉高SDA线（产生上升沿），结束通信。
流程示意图：
START → 地址+写 → ACK → 寄存器地址 → ACK → 重复START → 地址+读 → ACK → 接收数据 → (ACK/NACK) → STOP
这种“先写后读”的设计源于IIC协议的寄存器寻址机制，主要原因如下：
[*]指定目标寄存器位置
从机通常包含多个寄存器，直接读取时无法确定目标地址。通过先发送写命令+寄存器地址，明确告知从机后续需要读取的寄存器位置。例如，读取EEPROM的第2个存储单元时，需先写入地址0x02。
[*]避免数据冲突
若直接发送读命令，从机可能默认从某个固定地址（如最近访问地址）返回数据，导致主机无法精确控制数据来源。先写后读确保操作原子性。
[*]协议复合格式支持
IIC支持重复起始信号（Repeated START） ，允许在不释放总线的情况下切换读写模式。这种机制减少了总线占用时间，提升效率。
[*]从机状态初始化
部分从机需要先接收控制命令（如传感器配置寄存器地址），才能切换到数据输出模式。例如，读取温度传感器数据前需先指定数据寄存器的地址。
实战
了解完iic通信的整个流程后，下面就了解一下具体是如何实现的
cubemx设置
常规的时钟和调试口(SWD)等的设置这里就不说了，就说IIC和freertos的设置，如下：
此处只需要配置一下对应的时钟和地址即可，此处地址是7位的，即用主机对该设备进行寻址和读写操作时，需要用该地址加上(0/1)读写标志位再进行后续的操作。
IIC的中断也需要打开一下。
freertos的配置更简单，我这里开的是CMSIS_V1，其他的配置默认即可
生成代码后打开，进行以下操作，如下所示：
首先启动监听：
HAL_I2C_EnableListen_IT(&hi2c1);// 使能I2C1的侦听中断
注意：理论上随时都可以开启这个，但是一般在初始化的时候开启，同时得注意后面如果还有其他初始化的东西且比较耗时的话，先将中断关闭！
__disable_irq();
// 中间放其他的初始化代码！
__enable_irq();重写以下几个函数，并在里面实现具体的通信逻辑：
// I2C设备地址回调函数（地址匹配上以后会进入该函数）
void HAL_I2C_AddrCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t TransferDirection, uint16_t AddrMatchCode);
// I2C数据接收回调函数（在I2C完成一次接收时会关闭中断并调用该函数，因此在处理完成后需要手动重新打开中断）
void HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);
// I2C数据发送回调函数（在I2C完成一次发送后会关闭中断并调用该函数，因此在处理完成后需要手动重新打开中断）
void HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);
// 错误回调函数
void HAL_I2C_ErrorCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);
// 侦听完成回调函数（完成一次完整的i2c通信以后会进入该函数）
void HAL_I2C_ListenCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);注意，本教程是没有使用DMA来实现IIC从机的，如果使用了DMA可以方便很多，编程难度也会下降非常多
具体实现逻辑下面给一份实测可以使用的示例代码，注意此处代码只能做参考，需要略微修改按照才能移植使用
// iic.h
#ifndef ORIN_IIC_H
#define ORIN_IIC_H
#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "i2c.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "cmsis_os.h"
#include "task.h"
#include "crc8.h"
#include "power_adc.h"
#include "string.h"
#include "board_led.h"
#include "floodlight.h"
#include "gimbal.h"
#define SLAVE_ADDRESS 0x40// 设置的从机地址为0x40
#define GPIO_PIN_SCL GPIO_PIN_6
#define GPIO_PIN_SDA GPIO_PIN_7
#define I2C_GPIO_PORT GPIOB
// 电源数据的位置和长度
#define SEND_POWER_OFFSET 0
#define SEND_POWEER_LEN 4
typedef enum {
STATE_WAIT_CMD, // 等待命令
STATE_WAIT_LENGTH, // 等待数据长度
STATE_WAIT_DATA, // 等待数据
STATE_WAIT_CHECKSUM// 等待校验
} ProtocolState;
void Orin_IIC_Init(void);// orin_iic的初始化操作
void HAL_I2C_ListenCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);
void HAL_I2C_AddrCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t TransferDirection, uint16_t AddrMatchCode);
void HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);
void HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);
void HAL_I2C_ErrorCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c);// 错误回调函数
void Orin_Flash_Data(void);// 刷新要发送的数据
void Orin_IIC_Data_Parse(void);// 处理接收的数据
#endif // ORIN_IIC_H// iic.c
#include "orin_iic.h"
extern I2C_HandleTypeDef hi2c1;
extern TIM_HandleTypeDef htim2;
extern TIM_HandleTypeDef htim3;
static ProtocolState protocol_state = STATE_WAIT_CMD;// 接收数据的各种状态
static uint8_t data_receive_buff;// 接收数据的缓存数组
static uint8_t data_reveive_temp;// 接收数据的暂存中心，具体处理都是用这个来处理的
const int data_receive_buff_len = sizeof(data_reveive_temp);// 接收的数据的长度
static volatile uint8_t finish_receive = 0;// 1代表完成接收，有数据要处理，0代表没数据
static uint8_t data_send_buff;// 数据发送缓存数组
static uint8_t data_send_temp;// 数据发送暂存中心
const int data_send_buff_len = sizeof(data_send_temp);// 要发送的数据的长度
static uint8_t send_offset = 0;// 要发送数据的偏移量
static uint8_t send_data_len = 0;// 要发送数据的长度
static uint8_t send_data_count = 0;// 发送的数据记录长度
static uint8_t data_counter = 0;// 记录接收了多少个数据
const uint8_t CMD_READ_POWER = 0x01;// 读电压值
const uint8_t CMD_CONTROL_LIGHT = 0x41;// 控制4个灯
const uint8_t CMD_CONTRIL_GIMBAL = 0x42;// 控制云台
static void float_to_uint8_array(uint8_t *array, float value);// float转为uint8_t
static HAL_StatusTypeDef current_mode;
static uint8_t tiaoshi1 = 0;
extern volatile uint8_t beer_ring_mode;// 控制蜂鸣器叫的函数
static void float_to_uint8_array(uint8_t *array, float value)
{
// 使用指针访问 float 的字节表示
uint8_t *float_bytes = (uint8_t *)&value;
// 保证小端字节序
for (int i = 0; i < sizeof(float); i++) {
array = float_bytes;
}
}
void Orin_IIC_Init(void)
{
HAL_I2C_EnableListen_IT(&hi2c1);// 使能I2C1的侦听中断
}
// 侦听完成回调函数（完成一次完整的i2c通信以后会进入该函数）
void HAL_I2C_ListenCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
protocol_state = STATE_WAIT_CMD;
send_offset = 0;
send_data_len = 0;
data_counter = 0;
send_data_count = 0;
HAL_I2C_EnableListen_IT(hi2c);
}
// I2C设备地址回调函数（地址匹配上以后会进入该函数）
void HAL_I2C_AddrCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c, uint8_t TransferDirection, uint16_t AddrMatchCode)
{
// 主机写，接收数据
if (TransferDirection == I2C_DIRECTION_TRANSMIT){
// 接收第一个命令字，主机发送的情况下该函数只会进入一次
// 接收命令的状态
if (protocol_state == STATE_WAIT_CMD) {
// 即当前的协议是啥样的
HAL_I2C_Slave_Seq_Receive_IT(hi2c, &data_receive_buff, 1, I2C_NEXT_FRAME);
}
// 主机读数据，从机发送数据
} else {
switch (data_receive_buff) {
case CMD_READ_POWER:
{
// 复制一份副本数据，防止在发送数据的过程中数据被修改导致出错
memcpy(data_send_temp, data_send_buff, data_send_buff_len);
send_offset = SEND_POWER_OFFSET;
send_data_len = SEND_POWEER_LEN;
beer_ring_mode = 1;
break;
}
default:
{
break;
}
}
if(send_data_len == 1){
HAL_I2C_Slave_Seq_Transmit_IT(hi2c, &data_send_temp, 1, I2C_LAST_FRAME);
}else if(send_data_len <= 0){
// 会进入到这里说明收到的数据有问题，程序会自动检测问题并解决！
// 主机请求数据时，如果有如何问题，会从此处跳出去自动恢复
}else{
HAL_I2C_Slave_Seq_Transmit_IT(hi2c, &data_send_temp, 1, I2C_NEXT_FRAME);
}
}
}
// I2C数据接收回调函数（在I2C完成一次接收时会关闭中断并调用该函数，因此在处理完成后需要手动重新打开中断）
void HAL_I2C_SlaveRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
switch (protocol_state) {
case STATE_WAIT_CMD:
{
while(!data_receive_buff);
//此判断意味着为主机读数据，从机写数据
if((data_receive_buff == CMD_CONTROL_LIGHT) || (data_receive_buff == CMD_CONTRIL_GIMBAL)){
protocol_state = STATE_WAIT_LENGTH;
// 接收数据长度
HAL_I2C_Slave_Seq_Receive_IT(hi2c, &data_receive_buff, 1, I2C_NEXT_FRAME);
}else if(data_receive_buff == CMD_READ_POWER)
{
// 发送数据指令排除
}else{
// 其他没用的指令
}
break;
}
case STATE_WAIT_LENGTH:
{
protocol_state = STATE_WAIT_DATA;
data_counter = 0;
// 准备接收数据
HAL_I2C_Slave_Seq_Receive_IT(hi2c, &data_receive_buff, 1, I2C_NEXT_FRAME);
break;
}
case STATE_WAIT_DATA:
{
data_counter++;
if (data_counter >= data_receive_buff) {
protocol_state = STATE_WAIT_CHECKSUM;
// 接收校验字节
HAL_I2C_Slave_Seq_Receive_IT(hi2c, &data_receive_buff+2], 1, I2C_LAST_FRAME);
}else
{
HAL_I2C_Slave_Seq_Receive_IT(hi2c, &data_receive_buff, 1, I2C_NEXT_FRAME);
}
break;
}
case STATE_WAIT_CHECKSUM:
{
if(data_receive_buff+2] == do_crc_table(data_receive_buff, data_receive_buff+2))
{
memcpy(data_reveive_temp, data_receive_buff, data_receive_buff_len);
finish_receive = 1;
}
else
{
// 校验有误，初始化为0，同时蜂鸣器响一下
memset(data_receive_buff, 0, sizeof(data_receive_buff));
// 蜂鸣器响
beer_ring_mode = 2;
}
protocol_state = STATE_WAIT_CMD; // 复位状态
break;
}
}
}
// I2C数据发送回调函数（在I2C完成一次发送后会关闭中断并调用该函数，因此在处理完成后需要手动重新打开中断）
void HAL_I2C_SlaveTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
send_data_count ++;
// 判断数据传输完了没有
if(send_data_len != 0)
{
if(send_data_count < send_data_len - 1)
{
HAL_I2C_Slave_Seq_Transmit_IT(hi2c, &data_send_temp, 1, I2C_NEXT_FRAME);
}else if(send_data_count == send_data_len - 1){
HAL_I2C_Slave_Seq_Transmit_IT(hi2c, &data_send_temp, 1, I2C_LAST_FRAME);
}
}else
{
beer_ring_mode = 2;
}
}
// 错误回调函数
void HAL_I2C_ErrorCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)
{
// 获取错误类型
uint32_t errors = HAL_I2C_GetError(hi2c);
if (errors & (HAL_I2C_ERROR_BERR | HAL_I2C_ERROR_ARLO | HAL_I2C_ERROR_AF)) {
// 重置 I2C 外设
HAL_I2C_DeInit(hi2c);
MX_I2C1_Init();// 重新初始化
Orin_IIC_Init();
}
}
// 刷新数据缓存区的数据
void Orin_Flash_Data(void)
{
// 刷新电源电压数据
float power_temp = Get_Power_ADC_Value();
float_to_uint8_array(data_send_buff, power_temp);
}
// 处理接收的数据
void Orin_IIC_Data_Parse(void)
{
if(finish_receive){
switch(data_reveive_temp) {
case CMD_CONTROL_LIGHT:
{
// 1 2 3 4
// 0x41 0x04 0x64 0x00 0x32 0x25 0xB8
// TIM3 TIM_CHANNEL_3对应板子上的灯1
// TIM3 TIM_CHANNEL_4对应板子上的灯2
// TIM2 TIM_CHANNEL_1对应板子上的灯3
// TIM2 TIM_CHANNEL_2对应板子上的灯4
// ReverseLedState();
beer_ring_mode = 1;
if(data_reveive_temp > 100) data_reveive_temp = 100;
if(data_reveive_temp > 100) data_reveive_temp = 100;
if(data_reveive_temp > 100) data_reveive_temp = 100;
if(data_reveive_temp > 100) data_reveive_temp = 100;
FloodLightPWMSetDutyRatio((float)data_reveive_temp/100, &htim3, TIM_CHANNEL_3);
FloodLightPWMSetDutyRatio((float)data_reveive_temp/100, &htim3, TIM_CHANNEL_4);
FloodLightPWMSetDutyRatio((float)data_reveive_temp/100, &htim2, TIM_CHANNEL_1);
FloodLightPWMSetDutyRatio((float)data_reveive_temp/100, &htim2, TIM_CHANNEL_2);
break;
}
case CMD_CONTRIL_GIMBAL:
{
// ReverseLedState();
// beer_ring_mode = 1;
// // 0x42 0x02 0x00 0x00 0x07(大端模式)
// int16_t pitch_angle = 0xFF;
// pitch_angle &= (data_reveive_temp << 8);
// pitch_angle &= data_reveive_temp;
// Set_Gimbal_Pitch(pitch_angle);
break;
}
default:
{
beer_ring_mode = 2;// 嘀嘀嘀三声，表示没有此写指令
break;
}
}
finish_receive = 0;
}
}// freertos_task.c
void ReleaseBus(void const * argument)
{
/* USER CODE BEGIN ReleaseBus */
/* Infinite loop */
// 每20ms检测一次总线是否有问题，若连续检测出5次则重新初始化！
for(;;)
{
if (HAL_GPIO_ReadPin(I2C_GPIO_PORT, GPIO_PIN_SCL) == GPIO_PIN_RESET ||
HAL_GPIO_ReadPin(I2C_GPIO_PORT, GPIO_PIN_SDA) == GPIO_PIN_RESET) {
count_iic_bus_error ++;
}else {
count_iic_bus_error = 0;
}
if (count_iic_bus_error >= 5)
{
I2C_BusRecover();
}
}
/* USER CODE END ReleaseBus */
}
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