一、概述

    无论是新手还是大佬，基于STM32单片机的开发，使用STM32CubeMX都是可以极大提升开发效率的，并且其界面化的开发，也大大降低了新手对STM32单片机的开发门槛。
    本文主要讲述STM32芯片硬件IIC功能的配置及其相关知识。

二、软件说明

    STM32CubeMX是ST官方出的一款针对ST的MCU/MPU跨平台的图形化工具，支持在Linux、MacOS、Window系统下开发，其对接的底层接口是HAL库，另外习惯于寄存器开发的同学们，也可以使用LL库。STM32CubeMX除了集成MCU/MPU的硬件抽象层，另外还集成了像RTOS，文件系统，USB，网络，显示，嵌入式AI等中间件，这样开发者就能够很轻松的完成MCU/MPU的底层驱动的配置，留出更多精力开发上层功能逻辑，能够更进一步提高了嵌入式开发效率。
    演示版本 6.1.0

三、IIC与EEPROM功能简介

    这个在另外两篇文章中有详解，这里就不多赘述了。
【知识分享】IIC协议详解
【知识分享】EEPROM相关知识

四、配置说明

4.1 硬件IIC框图

    之前网上流传着一个说法，说ST芯片的硬件IIC存在Bug（但他就是不说是什么Bug，这种人就很坑），所以大部分资料使用EEPROM都是用的模拟IIC。然而一次偶然的机会，发现一位大佬的代码备注里写着：硬件IIC配置太复杂，使用模拟IIC比较简单。这跟硬件IIC资料偏少，可能有着某种联系。即使有Bug，也要用起来看下是什么问题，毕竟在嵌入式领域，资源有限是永久的话题，既然芯片厂家提供了硬件IIC这个资源，那不用白不用。

    这是STM32H750XB芯片上硬件IIC控制器模块的架构框图，用于实现IIC总线通信功能，可从信号输入、核心功能模块、信号处理流程、对外接口 4 部分理解：

4.1.1 信号输入

I2c_ker_ck（I2CCLK）：I²C 内核时钟，为模块内部逻辑（如数据传输、时钟控制）提供时序基准，决定 I²C 通信速率的基础。
I2c_pdk（PCLK）：外设时钟，用于寄存器访问、模块配置等辅助逻辑，保障与系统总线（APB bus）交互的时序。

4.1.2 核心功能模块（灰色区域）

Data control（数据控制）
Shift register（移位寄存器）：负责数据的串并转换。发送时，并行数据转为串行通过 I2C_SDA 输出；接收时，串行数据转为并行供系统处理。
SMBUS PEC generation/check：实现 SMBus（I²C 扩展协议）的 数据包错误校验（PEC），自动生成或校验数据校验码，检测通信错误。
Clock control（时钟控制）
Master clock generation：作为 I²C 主机时，生成 I2C_SCL 时钟信号，控制通信节奏。
Slave clock stretching：作为从机时，可主动拉低 I2C_SCL 延长时钟（时钟拉伸），用于从机等待数据准备或处理延时。
SMBus Timeout check：监控 SMBus 通信超时，避免因从机无响应导致总线挂死。
Wakeup on address match：地址匹配唤醒功能。若总线上的地址与模块配置地址匹配，可触发系统唤醒（低功耗场景常用）。
SMBus Alert control & status：处理 SMBus 报警信号（I2C_SMBA），管理从机主动报警的状态与控制逻辑。

4.1.3 信号处理流程（I2C_SDA/I2C_SCL 通路）

Analog noise filter（模拟噪声滤波）：先对 I2C_SDA/I2C_SCL 输入信号做模拟滤波，去除电压毛刺、干扰。
Digital noise filter（数字噪声滤波）：进一步做数字滤波，消抖、过滤高频噪声，保障信号干净。
GPIO logic：实现引脚复用（GPIO 功能与 I²C 功能切换），让硬件引脚可灵活配置为普通 GPIO 或 I²C 总线。

4.1.4 对外接口

I2C_SDA/I2C_SCL：标准 I²C 总线引脚，分别用于数据传输、时钟同步，连接外部 I²C 设备（传感器、EEPROM 等）。
I2C_SMBA：SMBus 报警引脚，支持从机主动向主机上报异常。
Registers（寄存器）：软件可通过 APB bus 访问这些寄存器，配置 I²C 通信参数（如从机地址、速率）、读写数据、查询状态。
APB bus：模块与系统 CPU / 内存的通信总线，软件通过它配置 I²C 控制器、收发数据。
总结
这个框图展示了 “硬件化的 I²C 通信引擎”：输入时钟保障时序，核心模块处理数据 / 时钟逻辑，滤波电路抗干扰，寄存器和 APB 总线实现软件可控，让系统无需纯软件模拟 I²C，高效、稳定地与外部设备通信 。

4.2 CubeMX配置界面

    这是STM32H750XB单片机IIC外设的配置界面，用于设置 I²C 总线的工作模式、通信参数和功能特性，以下拆解核心配置项：

4.2.1 模式选择（Mode）

下拉框提供 4 种模式，决定 I²C 控制器的工作协议：
Disable：关闭 I²C 外设，不启用总线功能。
I2C：标准 I²C 总线模式，支持传统主从通信（一般选用这个）。
SMBus-Alert-mode：SMBus（System Management Bus，I²C 扩展协议）报警模式，用于从机主动向主机上报异常（如传感器故障）。
SMBus-two-wire-Interface：SMBus 双线模式，兼容 SMBus 协议的常规通信（与标准 I²C 接近，但增加了超时、报警等管理）。

4.2.2 核心参数（Parameter Settings）

• Timing configuration（时序配置）

Custom Timing：Disabled 表示使用工具自动计算的时序；若 Enabled，需手动填写寄存器值（高级调试用）。
I2C Speed Mode：Standard Mode（标准模式，100KHz），还可支持 Fast Mode（400KHz）、Fast Mode Plus（1MHz）等，决定通信速率。
I2C Speed Frequency (KHz)：100 表示总线时钟频率 100KHz（与模式对应，标准模式下通常设 100）。
Rise Time/Fall Time (ns)：配置 SDA/SCL 信号的上升沿、下降沿时间（影响总线抗干扰性，需匹配硬件电平切换速度）。
Coefficient of Digital Filter：数字滤波器系数，过滤总线上的高频噪声（值越大滤波越强，但可能延迟信号）。
Analog Filter：Enabled 启用模拟滤波（硬件消抖，减少电压毛刺干扰）。
Timing：工具自动生成的时序寄存器值（无需手动改，模式 / 速率变化时自动更新）。

• Slave Features（从机特性，仅当设备作为 I²C 从机时生效）

Clock No Stretch Mode：Disabled 表示允许从机拉伸时钟（从机可拉低 SCL 暂停通信，用于处理数据）；Enabled 则禁止时钟拉伸。
General Call Address Detection：Disabled 关闭广播地址检测（0x00 地址呼叫时不响应）；Enabled 则响应广播。
Primary Address Length selection：7-bit 表示从机地址为 7 位（最常用，兼容多数设备），还可设 10-bit（地址空间更大）。
Dual Address Acknowledged：Disabled 表示仅响应 1 个从机地址；Enabled 可配置双地址，响应两个不同地址。
Primary slave address：0 需改为实际从机地址（如 0x50，取决于外接设备的 I²C 地址）。

五、应用配置

    这里用的是正点原子的ALIENTEK北极星STM32H750开发板，查看开发板原理图，开发板上EEPROM是接在PH4、PH5脚上。


    因为开发板EEPROM连的是PH4、PH5引脚，所以这里先直接找到PH4、PH5引脚，选择想要复用的功能，这两个引脚对应的是IIC2。找到IIC2后，选择标准IIC模式。因为默认的配置中，频率设置的是100kHz，低于标称400kHz，按默认配置即可，如果对性能有要求的，可以提高至400kHz。从机设备地址我们用的是7位的，这里也按默认7位配置即可。其他均使用默认配置，不需要更改。

六、接口说明

    因为我们用的是标准IIC的主机功能，且初始化部分的工作已经由CubeMX自动生成，这里我们只需要关注过程中的收发功能，即HAL_I2C_Master_Transmit和HAL_I2C_Master_Receive接口。

6.1 发送接口(HAL_I2C_Master_Transmit)

6.1.1 核心功能

    在 I2C 通信中，让 STM32 以 主设备身份，向挂载在 I2C 总线上的从设备（通过设备地址区分）发送一段连续数据，完成 “主 → 从” 的单向数据传输，比如给 EEPROM 发送写入命令 + 数据、给传感器发送配置指令等。

6.1.2 函数原型与参数解析

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Transmit(
    I2C_HandleTypeDef *hi2c,   // I2C 外设句柄，关联硬件配置
    uint16_t DevAddress,       // 从设备地址（7 位或 10 位，需左移 + 读写位）
    uint8_t *pData,            // 要发送的数据缓冲区指针
    uint16_t Size,             // 发送数据的字节数
    uint32_t Timeout           // 超时时间（毫秒），超时则返回错误
);

I2C_HandleTypeDef *hi2c
指向 I2C 外设的配置结构体（如 hi2c1/hi2c2 ），包含 I2C 时钟、模式、引脚等初始化参数，是 HAL 库操作硬件的 “桥梁”。

uint16_t DevAddress
从设备的 I2C 地址，需遵循 I2C 协议规则：
7 位地址：实际地址左移 1 位（腾出最低位作 “读写位” ），写操作时最低位为 0（如设备地址 0x50，传入 0xA0 ）；
10 位地址：直接传入完整地址（如 0x0378 ），需确保 MCU 支持 10 位地址模式。

uint8_t *pData
指向待发送数据的缓冲区，数据存储遵循 大端模式（先发送数组低索引数据，如 pData[0] → pData[1] → … ）。

uint16_t Size
要发送的字节总数，决定函数会从 pData 中连续取多少字节发往从设备。

uint32_t Timeout
超时阈值（毫秒），若 I2C 总线因从设备无响应、总线冲突等问题，导致传输未完成且超过该时间，函数会返回超时错误（HAL_TIMEOUT ）。

6.1.3 执行流程（简化版）

总线忙检测：检查 I2C 总线是否被占用（BUSY 标志位），若忙则等待或返回 HAL_BUSY。
锁定外设：通过 __HAL_LOCK(hi2c) 防止多任务同时操作 I2C，保证传输原子性。
发送起始信号：生成 I2C 起始条件（SCL 高电平时，SDA 从高变低 ），启动通信。
发送从地址：将 DevAddress 发往从设备，等待从设备应答（ACK）；若无应答，返回 HAL_ERROR。
循环发送数据：逐个字节发送 pData 缓冲区内容，每次发完 1 字节后，等待从设备应答；若超时或无应答，返回错误。
发送停止信号：数据发完后，生成 I2C 停止条件（SCL 高电平时，SDA 从低变高 ），结束通信。
释放外设：解锁 I2C，更新状态为 HAL_I2C_STATE_READY，返回 HAL_OK（成功）或对应错误码。

6.1.4 典型应用场景

向无内部地址的从设备发指令：如简单传感器只需接收 “开始测量” 命令，直接用该函数发 1 字节指令。
EEPROM 写入（前半段）：给 EEPROM 写入数据时，需先通过此函数发送 “写入命令 + 目标内存地址”，再配合其他操作发数据（或用 HAL_I2C_Mem_Write 简化流程 ）。
配置从设备寄存器：向传感器、模块的配置寄存器写参数（如设置 I2C 从设备的采样率 ），将 “寄存器地址 + 配置值” 打包到 pData 发送。

6.1.5 与类似函数的区别

函数名	区别核心点	典型场景
HAL_I2C_Master_Transmit	仅主 → 从单向发数据，不涉及从设备内部地址	发指令、无地址从设备通信
HAL_I2C_Mem_Write	主 → 从发数据 + 指定从设备内部寄存器地址	EEPROM 写、带寄存器从设备配置
HAL_I2C_Master_Receive	主 → 从发地址后，主 ← 从接收数据	读传感器数据、EEPROM 读

    简单说，HAL_I2C_Master_Transmit 是 I2C 主设备 “单纯发数据” 的工具，适合无需指定从设备内部地址的场景，是 STM32 I2C 通信中最基础的 主模式写操作 函数 。

6.2 接收接口(HAL_I2C_Master_Receive)

6.2.1 核心功能

    在 I2C 通信中，让 STM32 以 主设备身份，主动从指定从设备（通过地址区分）读取一段连续数据，完成 “从 → 主” 的单向数据接收，比如从 EEPROM 读存储内容、从传感器读测量数据等。

6.2.2 函数原型与参数解析

HAL_StatusTypeDef HAL_I2C_Master_Receive(
    I2C_HandleTypeDef *hi2c,   // I2C 外设句柄，关联硬件配置
    uint16_t DevAddress,       // 从设备地址（7 位或 10 位，需左移 + 读写位）
    uint8_t *pData,            // 存储接收数据的缓冲区指针
    uint16_t Size,             // 要接收的字节数
    uint32_t Timeout           // 超时时间（毫秒），超时则返回错误
);

I2C_HandleTypeDef *hi2c
指向 I2C 外设的配置结构体（如 hi2c1/hi2c2 ），包含 I2C 时钟、模式、引脚等初始化参数，是 HAL 库操作硬件的 “桥梁”。

uint16_t DevAddress
从设备的 I2C 地址，需遵循 I2C 协议规则：
7 位地址：实际地址左移 1 位（腾出最低位作 “读写位” ），读操作时最低位为 1（如设备地址 0x50，读时传入 0xA1 ）；
10 位地址：直接传入完整地址（如 0x0378 ），需确保 MCU 支持 10 位地址模式。

uint8_t *pData
指向用于 存储接收数据 的缓冲区，函数会将从设备返回的数据按顺序存入该缓冲区（大端模式，先存低索引位置 ）。

uint16_t Size
要接收的字节总数，决定函数会从从设备读取多少字节并存入 pData。

uint32_t Timeout
超时阈值（毫秒），若 I2C 总线因从设备无响应、总线冲突等问题，导致接收未完成且超过该时间，函数会返回超时错误（HAL_TIMEOUT ）。

6.2.3 执行流程（简化版）

总线忙检测：检查 I2C 总线是否被占用（BUSY 标志位），若忙则等待或返回 HAL_BUSY。
锁定外设：通过 __HAL_LOCK(hi2c) 防止多任务同时操作 I2C，保证传输原子性。
发送起始信号：生成 I2C 起始条件（SCL 高电平时，SDA 从高变低 ），启动通信。
发送从地址（读模式）：将 DevAddress（读模式，最低位为 1 ）发往从设备，等待从设备应答（ACK）；若无应答，返回 HAL_ERROR。
循环接收数据：从设备开始发送数据，主设备逐个字节接收并存入 pData；主设备每收 1 字节，需发送应答（ACK）给从设备，告知继续发送；当接收完 Size 字节后，主设备发送 非应答（NACK），通知从设备停止发送。
发送停止信号：数据接收完毕，生成 I2C 停止条件（SCL 高电平时，SDA 从低变高 ），结束通信。
释放外设：解锁 I2C，更新状态为 HAL_I2C_STATE_READY，返回 HAL_OK（成功）或对应错误码。

6.2.4 典型应用场景

从传感器读数据：如温湿度传感器（SHT30）、加速度计（MPU6050），主设备发送读请求后，用此函数接收测量数据。
从 EEPROM 读内容：先通过 HAL_I2C_Master_Transmit 发送 “读地址命令”，再用此函数读取 EEPROM 对应地址的数据（或直接用 HAL_I2C_Mem_Read 简化流程 ）。
读取从设备状态：查询从设备的状态寄存器（如设备 ID、工作模式 ），接收返回的状态字节。

6.2.5 与类似函数的区别

函数名	区别核心点	典型场景
HAL_I2C_Master_Receive	主 ← 从单向读数据，需先确保从设备准备好数据	读传感器、EEPROM 数据
HAL_I2C_Mem_Read	主 ← 从读数据 + 指定从设备内部寄存器地址	带寄存器的从设备（如传感器配置读 ）
HAL_I2C_Master_Transmit	主 → 从单向发数据，不涉及从设备内部地址	发指令、无地址从设备通信

    简单说，HAL_I2C_Master_Receive 是 I2C 主设备 “单纯收数据” 的工具，适合从设备已准备好数据、只需读取的场景，是 STM32 I2C 通信中最基础的 主模式读操作 函数 。使用时需注意：若从设备需要先指定 “内部寄存器地址” 才能读数据（如 EEPROM 读操作需先写地址 ），需先用 HAL_I2C_Master_Transmit 发地址，再调用此函数读数据。

七、应用代码实现

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/* EEPROM页大小 */
#define EEPROM_PAGE_SIZE        (8)

/* 地址字节数 */
#define EEPROM_ADDR_SIZE        (1)

/* EEPROM写周期ms */
#define EEPROM_WRITE_CYCLE      (10)

/* EEPROM地址定义 */
#define EEPROM_ADDRESS          0xA0    // 7位地址 + R/W位

/* 函数返回值类型 */
typedef enum
{
    EEPROM_OK = 0,
    EEPROM_ERROR = 1,
    EEPROM_TIMEOUT = 2,
    EEPROM_BUSY = 3
} EEPROM_StatusTypeDef;


/* EEPROM任意长度数据读取函数 */
EEPROM_StatusTypeDef EEPROM_Read(uint16_t addr, uint8_t *pData, uint16_t size)
{
    HAL_StatusTypeDef status;
    uint8_t addr_buf[EEPROM_ADDR_SIZE];

    /* 处理8/16位地址 */
    for (uint8_t i = 0; i < EEPROM_ADDR_SIZE; i++)
    {
        addr_buf[i] = (uint8_t)((addr >> (8 * i)) & 0xFF);
    }

    /* 发送EEPROM地址 */
    status = HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c2, EEPROM_ADDRESS, addr_buf, EEPROM_ADDR_SIZE, 100);
    if (status != HAL_OK)
    {
        return EEPROM_ERROR;
    }

    /* 读取数据 */
    status = HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c2, EEPROM_ADDRESS | 0x01, pData, size, 100);
    if (status != HAL_OK)
    {
        return EEPROM_ERROR;
    }

    return EEPROM_OK;
}

/* EEPROM任意长度数据写入函数 */
EEPROM_StatusTypeDef EEPROM_Write(uint16_t addr, uint8_t *pData, uint16_t size)
{
    HAL_StatusTypeDef status;
    uint16_t bytes_remaining = size;
    uint16_t current_addr = addr;
    uint8_t *current_data = pData;
    uint16_t bytes_to_write;
    uint8_t tx_buffer[EEPROM_PAGE_SIZE + EEPROM_ADDR_SIZE];  // 最大页大小 + 1字节地址

    /* 按页写入数据（页大小为8字节） */
    while (bytes_remaining > 0)
    {
        /* 计算当前页剩余空间 */
        bytes_to_write = EEPROM_PAGE_SIZE - (current_addr % EEPROM_PAGE_SIZE);
        if (bytes_to_write > bytes_remaining)
        {
            bytes_to_write = bytes_remaining;
        }

        /* 准备发送缓冲区（地址 + 数据） */
        for (uint8_t i = 0; i < EEPROM_ADDR_SIZE; i++)
        {
            tx_buffer[i] = (uint8_t)((current_addr >> (8 * i)) & 0xFF);
        }
        memcpy(&tx_buffer[EEPROM_ADDR_SIZE], current_data, bytes_to_write);

        /* 发送数据 */
        status = HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c2, EEPROM_ADDRESS, tx_buffer, bytes_to_write + EEPROM_ADDR_SIZE, 100);
        if (status != HAL_OK)
        {
            return EEPROM_ERROR;
        }

        /* 等待EEPROM写入完成 */
        HAL_Delay(EEPROM_WRITE_CYCLE);

        /* 更新计数器 */
        bytes_remaining -= bytes_to_write;
        current_addr += bytes_to_write;
        current_data += bytes_to_write;
    }

    return EEPROM_OK;
}

/* 定义测试数据 */
uint8_t test_data_write[16] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08,
                               0x09, 0x0A, 0x0B, 0x0C, 0x0D, 0x0E, 0x0F, 0x10};
uint8_t test_data_read[16];

/* 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_I2C2_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  /* 写入测试数据到地址0x0000 */
  if (EEPROM_Write(0x0005, test_data_write, 16) == EEPROM_OK)
  {
      /* 读取数据验证 */
      if (EEPROM_Read(0x0005, test_data_read, 16) == EEPROM_OK)
      {
          /* 验证读取的数据 */
          for (int i = 0; i < 16; i++)
          {
              if (test_data_read[i] != test_data_write[i])
              {
                  /* 数据不匹配，处理错误 */
              }
          }
      }
  }

  /* USER CODE END 2 */

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

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

八、效果演示

九、注意事项

1、每次写入数据后，需要延时5~10ms时间，才可以进行下一次的读写，具体延时时间由EEPROM芯片规格书来定。该时间跟EEPROM供电电压有关系。
2、EEPROM读写操作是可以被中断的，也就是IIC通信进行到一半时，单片机暂停去做其他任务，完成后再回来继续操作，是不会对EEPROM的读写产生影响的，但要注意这过程中不会被重入，或者总线被干扰。
3、每次初始化时，最好是对EEPROM进行一次初始化，将可能处于写入或读取状态的EEPROM释放出来。

十、相关链接

    对于刚入门的小伙伴可以先看下STM32CubeMX的基础使用及Keil的基础使用。
【工具使用】STM32CubeMX-基础使用篇
【工具使用】Keil5软件使用-基础使用篇
【知识分享】IIC协议详解
【知识分享】EEPROM相关知识