一、概述

IIC（I²C）是嵌入式领域应用极广的低速串行通信总线，仅使用 SCL 时钟线 和 SDA 数据线 两根信号线，硬件接线简单，支持一主多从架构，普遍用于温湿度传感器、EEPROM、实时时钟等外设。

本文从协议规则、基础时序入手，结合实际项目，基于 STM32 标准库实现可移植软件 IIC，只展示核心代码片段，讲解时序逻辑与调用方式，适合嵌入式开发者学习、项目复用。

二、IIC 核心基础规则

1. 总线电平：总线空闲时，SCL、SDA 均为高电平，外设依靠上拉电阻实现。
2. 数据有效性：SCL 为高电平时，SDA 数据必须稳定；SCL 为低电平时，允许 SDA 电平切换。
3. 传输格式：以 1 Byte（8 位）为单位传输数据，高位优先。
4. 应答机制：每发送完 1 字节，接收方需要回复应答位（ACK/NACK），保证通信可靠。

三、四大基础时序逻辑

所有 IIC 通信动作，都由起始信号、停止信号、应答、单字节读写组合而成，下面结合时序逻辑对应代码片段。

3.1 起始信号

时序：总线空闲 → SCL 保持高电平 → SDA 由高电平拉低 → 产生起始信号，拉低 SCL 锁定总线。

3.2 停止信号
时序：SCL 拉低 → SDA 拉低 → SCL 拉高 → SDA 由低电平拉高 → 总线回到空闲状态。

3.3 应答信号

分为从机应答检测、主机主动发送 ACK / NACK，增加超时判断，避免总线卡死。

3.4 单字节发送与读取

遵循高位先发规则，是数据交互的核心函数。

四、硬件引脚配置与初始化

将引脚、端口、时钟做宏定义封装，修改引脚只需改动宏定义，大幅提升代码可移植性。

五、通用读写接口（7 位设备地址）

针对 IIC 外设常用的「设备地址 + 寄存器地址」模式，封装通用读写函数，适配绝大多数传感器、存储芯片。

六、结合外设实战调用示例

以 SHT45 温湿度传感器为例，演示整套 IIC 接口的实际调用逻辑（仅核心片段）：

七、移植与排错总结

1. 移植要点
   • 仅修改头文件中 GPIO端口、引脚、时钟 宏定义，时序代码无需改动；
   • 代码依赖 delay_us() 微秒延时函数，必须保证延时精度。
2. 常见问题
   • 通信无应答：检查引脚模式、硬件上拉电阻、设备地址是否正确；
   • 数据错乱：严格遵循 IIC 电平规则，不要在 SCL 高电平时切换 SDA；
   • 总线卡死：代码中已增加超时判断，可有效规避该问题。

八、结语

软件模拟 IIC 不依赖硬件外设，兼容性、移植性远优于硬件 IIC，是嵌入式项目首选方案。只要吃透起始、停止、应答、读写四大基础时序，就能快速上手所有 IIC 类外设开发。