I2C（韦东山HAL库）

(1)——I2C协议层次

一、前言

在嵌入式开发里，OLED 显示屏是常用输出设备，可显示字符、图片等。本文围绕 OLED 显示系统，从硬件连接、软件层次及 I2C 总线等方面全面解析，助大家复习知识，理解从应用程序到硬件驱动的流程 。

二、硬件基础

（一）OLED 与主控芯片的连接

OLED（以 SSD1306 为例）和主控芯片（如 STM32 ）借 I2C 接口连接。从硬件原理图能看到，主控芯片的 PB6 引脚作 I2C1 的 SCL（时钟线），PB7 引脚作 I2C1 的 SDA（数据线），分别连到 OLED 模块对应引脚。电路里两个 10K 上拉电阻 R1、R2 接 3.3V 电源，确保 I2C 总线空闲时呈稳定高电平 。

（二）I2C 总线多设备连接

I2C 总线可挂多个设备，经 SDA（数据线）和 SCL（时钟线）通信。总线上设备分主机和从机，主机发起、停止数据传输并提供时钟信号，从机被主机寻址。多个主机想控制总线时，仲裁机制保证仅一个获控制权，数据不被破坏，多个设备还能借同步机制对齐时钟信号 。

三、软件层次剖析

要在 OLED 显示字符串，涉及多个软件层次，分工明确：

（一）应用程序层

应用程序决定 “在哪个位置、显示什么字符” 。像代码里 OLED_PrintString(0, 3, "www.100ask.net"); 、OLED_PrintString(0, 5, "Hello, world!"); ，就在指定 x、y 坐标位置显对应字符串，是显示流程的 “指挥者”，明确显示内容和位置需求。

（二）库函数层（字符 / 图片显示）

库函数收集字符点阵数据，清楚咋把字符点阵发出去实现显示。以 OLED_PrintString 函数为例，它遍历要显的字符串，逐个字符调 OLED_PutChar 函数。函数内借 while (str[i]) 循环遍历，每次调 OLED_PutChar(x, y, str[i]) 处理单个字符，还处理坐标更新（x++ ，x 超 15 时，x 重置为 0 ，y 加 2 ），是 “桥梁”，把应用程序显示需求转成字符点阵处理。

（三）OLED（SSD1306）驱动程序层

该层清楚发啥 I2C 数据（先设地址、再发数据 ），能把点阵数据写入显存。OLED_PutChar 函数里，先算页面（page = y ）和列（col = x*8 ），检查坐标是否合法（y > 7 || x > 15 时返回 ），再借 OLED_SetPosition(page, col); 设显示位置，用 OLED_WriteNBytes((uint8_t*)&ascii_font[c][0], 8); 和 OLED_WriteNBytes((uint8_t*)&ascii_font[c][8], 8); 发字符点阵数据到 OLED 显存，实现字符显示控制。

（四）I2C 控制器驱动（HAL）层

最底层的 I2C 控制器驱动（HAL）负责实际 I2C 数据发送操作 。它为上层 OLED 驱动程序提供基础 I2C 通信功能，让上层能通过 I2C 总线和 OLED 设备交互，是软件层次的 “基石”，屏蔽硬件底层复杂通信细节。

四、完整流程梳理

当在应用程序调用 OLED_PrintString 显字符串时，流程如下：

1. 应用程序层确定显示内容（字符串）和位置（x、y 坐标 ），调用 OLED_PrintString 函数。
2. 库函数层的 OLED_PrintString 函数遍历字符串，对每个字符调 OLED_PutChar 函数，处理字符显示坐标逻辑。
3. OLED_PutChar 函数进入 OLED 驱动程序层，计算显示位置、检查合法性，再调用底层函数设位置并发送字符点阵数据。
4. 最终由 I2C 控制器驱动（HAL）层实际发 I2C 数据到 OLED 设备，OLED 设备接收数据后，把字符点阵写入显存，在屏幕显示对应字符和字符串 。

五、总结

通过对 OLED 显示系统从硬件连接到软件层次的分析，我们清晰了解在 OLED 显字符串的完整流程。从应用程序简单调用，到层层向下的函数处理，再到底层硬件通信，各环节相互配合。掌握这些知识，助我们复习嵌入式开发中软硬件协同工作原理，也能在实际项目更好调试、优化 OLED 显示功能，为开发更复杂显示应用打基础 。

（2）I2C 协议保姆级解析

一、开篇：为啥要学 I2C 协议？

在嵌入式开发里，小到传感器读数，大到屏幕显示，很多设备都靠 I2C 协议 通信。简单说，它是设备之间 “对话” 的通用语言！掌握它，不管是调硬件、写驱动，还是排查通信问题，都能心里有数。这篇从硬件连线到数据传输，掰开揉碎了讲，新手也能轻松跟上～

二、I2C 硬件基础：两条线撑起的通信网

（一）硬件连接长这样

先看最基本的 I2C 硬件：主控芯片（比如 ARM）引出 SCL（时钟线） 和 SDA（数据线），外接两个上拉电阻（接 3.3V），然后挂一堆设备（像 AT24C02、加密 IC 、RTC MT411 等 ）。

为啥要上拉电阻？
因为 I2C 设备的引脚一般用 开漏模式 。开漏模式自身没法稳定输出高电平，得靠上拉电阻把总线 “拉” 到高电平，空闲时保持稳定。

（二）开漏模式 + 上拉电阻，实现 “线与” 逻辑

每个 I2C 设备内部，输出端是个 NMOS 管（类似开关）：

• 想输出低电平：NMOS 导通，把总线拉到地（0V）；
• 想输出高电平：NMOS 断开，总线靠上拉电阻回到高电平（3.3V）。

这就实现了 “线与” 逻辑：只要有一个设备输出低电平，总线就是低电平；所有设备都 “断开”（高阻态），总线才是高电平。多设备共存时，靠这逻辑避免信号冲突！
我们结合下图看：当设备 A、B 输出不同电平，SDA 最终电平遵循 “有 0 则 0，全 1 才 1” ，这就是线与逻辑在 I2C 总线的体现。

三、I2C 核心时序：数据咋 “跑” 在总线上？

I2C 通信靠 SCL 时钟 同步，SDA 数据 跟着时钟节奏传输。关键时序有这些，一个一个拆：

（一）开始 / 停止信号：通信的 “开关”

• 开始信号（S）：SCL 保持高电平时，SDA 从高电平跳变到低电平 → 告诉设备 “要通信啦！”
• 停止信号（P）：SCL 保持高电平时，SDA 从低电平跳变到高电平 → 告诉设备 “通信结束！”

从图里能清晰看到，开始信号是 SCL 高电平期间，SDA 的下降沿；停止信号是 SCL 高电平期间，SDA 的上升沿，这两个信号是 I2C 通信的 “启停键” 。

（二）数据传输：8 位数据 + 1 位回应（ACK）

I2C 每次传 1 字节（8 位），但需要 9 个时钟周期（前 8 个传数据，第 9 个传 “回应”）。

1. 数据位咋读？（插入图片 6 ：SDA、SCL 电平变化，SCL 高电平时读 SDA 数据位 ）

SCL 为 高电平 时，SDA 必须保持稳定 → 此时从设备读取 SDA 电平，得到 1 位数据（0 或 1）；
SCL 为 低电平 时，SDA 可以改变电平 → 准备下一位数据。

简单说：SCL 高电平 “锁存” 数据，低电平 “更新” 数据。
比如在传输过程中，SCL 每个高电平阶段，SDA 的电平就代表一个数据位，像图片 6 里展示的，SCL 高电平对应 SDA 稳定电平，设备就是在这个时候读取数据位的。

2. 回应信号（ACK）是啥？

传完 8 位数据后，第 9 个 SCL 时钟期间，接收方要拉低 SDA（发 ACK），告诉发送方 “我收到啦！” 。如果没收到 ACK，发送方就知道通信可能出错了。

看图片里的时序，第 9 个 clk 对应 ACK 部分，SDA 被拉低，这就是接收方给出的回应，确保数据传输的可靠性 。

四、I2C 读写操作：完整通信流程

（一）写操作：主设备→从设备发数据

1. 发开始信号：主设备发 S 信号，启动通信。
2. 发设备地址 + 方向：7 位设备地址 + 1 位 “写”（0），告诉从设备 “我要给你发数据”。
3. 等从设备 ACK：从设备收到地址，拉低 SDA 回应。
4. 发数据字节：主设备逐个发数据，每次发 1 字节，等从设备 ACK。
5. 发停止信号：数据发完，主设备发 P 信号，结束通信。

就像图片展示的流程，白色背景是主→从的信号，灰色是从→主的回应，一步步把数据传过去 。

（二）读操作：从设备→主设备发数据

1. 发开始信号：主设备发 S 信号。
2. 发设备地址 + 方向：7 位设备地址 + 1 位 “读”（1），告诉从设备 “把数据给我”。
3. 等从设备 ACK：从设备回应 ACK。
4. 收数据字节：从设备发数据，主设备收 1 字节后，发 ACK 告诉从设备 “收到了，继续发”（最后 1 字节可发 NACK 表示 “别发了” ）。
5. 发停止信号：数据收完，主设备发 P 信号结束。

五、形象类比：把 I2C 通信变 “生活化”

把主设备当老师，从设备当学生：

• 写操作（发球）：老师喊 “开始（S）”→ “给 A 同学发球（地址 + 写）”→ A 喊 “到（ACK）”→ 老师发球（传数据）→ A 喊 “收到（ACK）”→ 老师喊 “结束（P）”。
• 读操作（接球）：老师喊 “开始（S）”→ “B 同学把球传过来（地址 + 读）”→ B 喊 “到（ACK）”→ B 传球（传数据）→ 老师喊 “收到（ACK）”→ 老师喊 “结束（P）”。

用生活场景类比，是不是瞬间好懂了？

六、总结：I2C 协议核心知识点

• 硬件：两条线（SCL、SDA）+ 上拉电阻，开漏模式实现线与逻辑。
• 时序：开始 / 停止信号定边界，8 位数据 + 1 位 ACK 保证传输，SCL 高电平锁存数据。
• 流程：读写操作分阶段，地址 + 方向选设备，ACK 确保数据可靠。

（3）stm32——i2c硬件结构

一、I2C 核心硬件组成

先看这张 I2C 整体架构图：

• SDA、SCL 引脚：I2C 通信的 “物理通道”，SDA 传数据，SCL 传时钟，外部信号先过噪声滤波器，滤掉干扰。
• 数据控制模块：像 “交通指挥官”，协调数据寄存器、移位寄存器的数据流转。数据要发送时，从数据寄存器搬到移位寄存器，再通过 SDA 发出去；接收则相反，SDA 收的信号经移位寄存器存到数据寄存器 。
• 比较器 + 地址寄存器：从机模式关键！比较器会把总线上收到的地址，和自身 “Own address register（自身地址寄存器）”“Dual address register（双地址寄存器）” 里存的地址对比。匹配上了，才会响应主机，实现 “主机找从机” 的寻址功能 。
• 控制逻辑 + 状态 / 控制寄存器：CR1、CR2 是控制寄存器，你写代码配置 I2C 模式、使能、中断等，就是操作它们；SR1、SR2 是状态寄存器，通信中各种状态（比如地址匹配、发送完成等）会 “反映” 在这些寄存器的对应位上，程序通过读这些位，判断 I2C 工作到哪一步了。

简单说，这堆硬件模块协同工作，让 STM32 能发 / 收 I2C 信号、处理寻址、响应状态，完成通信。

二、I2C 关键寄存器与位功能

（一）I2C_CR1 控制寄存器

重点看几个关键位：

• START 位：软件置 1 后，I2C 会发 “起始条件（S）”，如果当前 BUSY 位是 0（总线空闲），直接进入主机模式；要是已经在主机模式，发的是 “重复起始（Sr）”，用于不释放总线、连续通信的场景。
• ACK 位：控制是否发送应答。主机 / 从机接收数据后，发个 ACK 告诉对方 “我收到了”，NACK 则说 “没收到 / 不想收了” 。
• PE 位：I2C 外设使能位，置 1 才让 I2C 工作起来，相当于 “打开 I2C 开关”。

（二）状态寄存器 SR1 里的关键位

• ADDR 位：
  • 从机模式：收到的地址和自身地址匹配，硬件自动置 1；软件得先读 SR1，再读 SR2 才能清掉它，这是 “标准操作流程”，不按流程清，可能影响后续通信。
  • 主机模式：地址发送完成（7 位地址发完等从机 ACK、10 位地址发完第二字节 ACK 后），硬件置 1，同样要读 SR1 + SR2 清位。

• AF 位（ACKNOWLEDGE FAILURE）：当没收到应答时，硬件置 1，说明通信可能出问题（比如从机没响应、总线干扰），软件写 0 或者关闭 I2C（PE=0）能清掉。

这些位就像 “信号灯”，程序通过读它们，知道 I2C 现在是 “地址匹配了”“没人应答出错了” 等状态，从而决定下一步咋处理。

三、I2C 通信流程（结合 EV5 等事件，重点讲传输时序图）

（一）先理解 “事件（EVx）” 概念

I2C 通信里，“事件” 是硬件状态变化的 “标志”，比如发完起始信号、地址匹配成功、数据发送完成等，都会对应一个 “EVx”。程序里，常通过 “等待这些事件发生”，来判断通信到哪一步，再执行下一步操作。

（二）以 “主机发送（Master Transmitter）” 为例，结合时序图

时序图分 7 位地址、10 位地址两种主机发送流程，核心逻辑类似，咱们拆成步骤看：

1. 起始条件（对应 EV5）

• 操作：软件置 I2C_CR1 的 START 位，I2C 外设会在总线发 “起始信号（S）”，此时硬件会置 SR1（Status Register 1，状态寄存器 1） 的 SB 位（SB=1），如果开了事件中断（ITEVFEN=1），还会触发中断。
• 清位：程序得先读 SR1（读 SB 状态），然后往数据寄存器（DR）写 “从机地址”，完成这两步，SB 位自动清 0，进入下一步。
• 作用：这是通信 “开场”，告诉总线 “我要开始传数据啦，从机准备好” 。

2. 地址发送完成（对应 EV6）

• 操作：写完从机地址后，I2C 会等从机应答（ACK），从机应答后，硬件置 SR1 的 ADDR 位（ADDR=1）。
• 清位：程序得先读 SR1，再读 SR2，ADDR 位才会清 0。这一步是 “确认从机收到地址、准备好收发数据” 。

3. 数据发送阶段（对应 EV8_1、EV8 等）

• EV8_1：当 “发送数据寄存器空（TxE=1）、移位寄存器空” 时触发，说明可以往 DR 写 “要发的数据（比如 Data1）” 了。
• EV8：数据从 DR 移到移位寄存器后，TxE 会再置 1（因为 DR 又空了），但移位寄存器非空（数据正在往总线发），这时候可以继续写 DR 存下一个要发的数据（Data2、DataN… ），保证数据 “无缝衔接” 发出去。
• EV8_2：当 “发送完成（BTF=1）”，且程序发了 “停止请求”，硬件会处理停止信号（P），同时清 TxE、BTF 位。这一步是 “收尾”，告诉总线 “数据发完啦，通信结束” 。

4. 10 位地址额外步骤（EV9）

如果是 10 位地址主机发送，发完 “Header” 后，会触发 EV9（ADDR10=1），处理方式类似：读 SR1，然后写 DR 发剩下的地址字节，完成 10 位地址的完整发送。

时序图里的这些 “EVx” 事件，就是把复杂的 I2C 通信，拆成一个一个 “节点” 。程序里，你可以用 “轮询” 或者 “中断” 的方式，等某个 EVx 发生了，就执行对应的操作（比如写地址、写数据、清位），让通信一步步走完。

四、I2C 基础信号波形

最后看最基础的 “开始、结束、应答波形”：

• 起始信号（S）：SCL 高电平期间，SDA 从高变低，告诉总线 “通信要开始啦” 。
• 结束信号（P）：SCL 高电平期间，SDA 从低变高，告诉总线 “通信结束啦” 。
• 应答信号（ACK）：主机发完 8 位数据后，会释放 SDA，从机拉低 SDA 表示 “收到了”（ACK）；要是从机没拉低（SDA 保持高），就是 “没收到”（NACK），主机可能会重发或者终止通信。

这些波形是 I2C 通信的 “语言基础”，硬件就是靠产生 / 识别这些波形，完成数据收发的。

(4)i2c_HAL_c查询方式

一、代码功能全景概览

老师提供的代码，核心围绕 STM32 借助 I2C 外设与 MPU6050 传感器交互展开，具体包含：

1. 完成 STM32 硬件初始化，涵盖 HAL 库、系统时钟、各类外设 。
2. 操控 OLED 屏幕，实现基础信息显示 。
3. 利用 UART 串口发送调试数据 。
4. 重点：通过 I2C 总线读写 MPU6050 寄存器，验证通信链路是否畅通 。

二、核心代码逐段剖析（关联硬件原理与手册）

（一）前期准备：变量定义与外设初始化

// 用于存储字符串长度，后续 OLED 显示功能会用到
int len;  
// 定义串口发送字符串，\r\n 是串口通信里的换行符，让打印内容排版规整
char *str = "Please enter a char: \r\n"; 
char *str2 = "www.100ask.net\r\n"; 
// 存储串口接收的字符，当前代码未完整使用该功能
char c;  // 初始化 HAL 库，完成外设重置、Flash 访问初始化、系统滴答定时器启动（为延时功能提供支持 ）
HAL_Init();  
// 配置系统时钟，设定 CPU 及外设（如 I2C、UART ）的工作频率 
SystemClock_Config(); // 初始化环形缓冲区（代码中函数名拼写有误，正确应为 circle_buf_init ），用于缓存串口接收数据（本节课重点是 I2C，简单了解即可 ）
circld_buf_init(&g_key_bufs, 100, g_data_buf); // 初始化各类外设，包括 GPIO（控制引脚电平 ）、DMA（可选，用于加速数据传输 ）、I2C1（负责与 MPU6050 通信 ）、UART1（用于串口调试 ）
MX_GPIO_Init();
MX_DMA_Init();
MX_I2C1_Init();
MX_USART1_UART_Init(); // 初始化 OLED 屏幕并清空屏幕显示内容 
OLED_Init();     
OLED_Clear();    

硬件知识关联：STM32 运行前，需完成基础初始化。HAL 库为外设操作提供统一接口；系统时钟是设备 “动力源”，决定 CPU 和外设的运行速率，保障外设稳定工作 。I2C、UART 等外设，如同电脑的 USB 口、网口，需配置引脚、通信速率等参数后才可使用 。

（二）OLED 基础显示配置

// 在 OLED 屏幕第 0 行（纵坐标 0 ）、第 0 列（横坐标 0 ）显示字符串 "cnt     : " 
OLED_PrintString(0, 0, "cnt     : "); 
// 在 OLED 屏幕第 2 行显示 "key val : "，并将字符串长度存入 len （虽未后续使用，是 OLED 函数的正常流程 ）
len = OLED_PrintString(0, 2, "key val : "); 

作用：提前在 OLED 屏幕固定位置显示文本，后续更新传感器数据时，直接替换对应位置内容，使显示界面清晰有序 。

（三）串口数据发送（辅助调试）

// 通过 UART1 发送字符串 str2（内容为 "www.100ask.net\r\n" ）
// 参数依次为：UART 句柄（&huart1 ）、数据起始地址、数据长度（strlen 函数计算字符串长度 ）、超时时间（1000ms 内未发送完成则报错 ）
HAL_UART_Transmit(&huart1, str2, strlen(str2), 1000); // 启动 UART1 接收中断，使 UART1 处于接收待命状态，收到数据自动触发中断处理（本节课重点是 I2C，暂作简单了解 ）
startuart1recv();  

调试价值：串口发送功能可在电脑端直观呈现程序运行状态，确认 UART 外设工作正常，也能在 I2C 通信异常时，辅助打印报错信息，便于问题排查 。

（四）关键环节：I2C 读写 MPU6050 寄存器

此部分是核心内容，需结合 MPU6050 手册 与 I2C 通信时序 深入理解 ！

1. 读取 MPU6050 的 WHO_AM_I 寄存器（验证通信链路）

MPU6050 手册中，WHO_AM_I 寄存器（地址 0x75 ）存储设备 ID（默认值为 0x68 ），读取该寄存器可验证 STM32 与 MPU6050 能否正常通信 。

分步读写代码（便于初学者理解流程）：

uint8_t reg = 0x75; // 待读取的寄存器地址，即 WHO_AM_I 寄存器
uint8_t val;       // 用于存储读取到的寄存器值 #if 0  // 该段代码被注释，改用更简洁的 HAL_I2C_Mem_Read 函数
// 第一步：向 MPU6050 发送待读取的寄存器地址，告知传感器：即将读取 0x75 寄存器内容 
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, (0x68<<1), &reg, 1, 10000); 
// 第二步：从 MPU6050 读取 1 个字节数据，即 0x75 寄存器的值 
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, (0x68<<1), &val, 1, 10000); 
#else
// 简洁写法：利用 HAL_I2C_Mem_Read 函数，一步完成 “写入寄存器地址 + 读取数据” 操作 
// 参数含义：I2C 句柄、设备地址（0x68<<1 含义后续讲解 ）、寄存器地址、地址长度（8 位 ）、数据缓存区、读取字节数（1 个 ）、超时时间 
HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, (0x68<<1), reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &val, 1, 1000); 
#endif// 在 OLED 屏幕第 4 行显示提示文本，表明即将显示 MPU6050 0x75 寄存器的值 
OLED_PrintString(0, 4, "mpu6050 reg 0x75 val"); 
// 将读取到的 val 值（十六进制形式 ）显示在 OLED 屏幕第 6 行 
OLED_PrintHex(0, 6, val, 1); 

结合手册与 I2C 时序解读：

• 设备地址 0x68<<1：
  MPU6050 的 I2C 从机地址为 b110100X（7 位地址 ），其中 X 由 AD0 引脚电平决定（默认 X = 0，故地址为 0x68 ）。
  在 STM32 的 I2C 函数中，7 位地址需左移 1 位（为 R/W 读写位预留空间 ），左移后变为 0x68<<1 = 0xD0（二进制 11010000 ） 。

• HAL_I2C_Master_Transmit + HAL_I2C_Master_Receive：
  这是 “分步读写” 流程，具体为：

  1. 主机（STM32 ）发送 “从机地址 + 写标志”（0x68<<1，最后一位 0 表示写操作 ），告知 MPU6050：“准备接收数据” 。
  2. 发送待读取的寄存器地址（0x75 ），明确告知 MPU6050：“要读取该寄存器内容” 。
  3. 再次发送 “从机地址 + 读标志”（0x68<<1 | 1，最后一位 1 表示读操作 ），告知 MPU6050：“现在开始读取数据” 。
  4. 接收 MPU6050 返回的数据（存入 val ） 。

• HAL_I2C_Mem_Read：
  这是 STM32 HAL 库提供的 “快捷函数”，将 “写入寄存器地址 + 读取数据” 操作合并，底层仍遵循标准 I2C 时序。熟练掌握后，使用该函数可简化代码编写 。

2. 写入 MPU6050 寄存器（配置传感器参数）

代码中还演示了 “写寄存器” 操作，以操作 0x31 寄存器为例（具体功能可查阅 MPU6050 手册，此处重点关注通信流程 ）：

uint8_t buf[2]= {107,0}; // 数组存储 “寄存器地址（107 ）、待写入值（0 ）”（107 寄存器具体功能需查手册，此处为示例 ）
// 发送 2 个字节数据，先写寄存器地址，再写对应值（对应 “单字节写入时序” ）
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, (0x68<<1), buf, 2, 10000); uint8_t val = 0x55;
// 利用 HAL_I2C_Mem_Write 函数写寄存器，地址为 0x31，写入值为 0x55 
HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, (0x68<<1), 0x31, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &val, 1, 1000); 
// 写入后再次读取，验证写入是否成功 
val=0;
HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, (0x68<<1), 0x31, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &val, 1, 1000); 
// 在 OLED 屏幕显示读取回来的值，查看是否为 0x55 
OLED_PrintHex(8, 6, val, 1); 

结合时序理解：
写寄存器操作对应 MPU6050 手册里的 “单字节写入时序”，流程为：

1. 主机发送 “从机地址 + 写标志”（0x68<<1 ） 。
2. 发送待写入的寄存器地址（如 0x31 ） 。
3. 发送待写入的数据（如 0x55 ） 。
4. 从机（MPU6050 ）每接收一步，都会返回 ACK 信号，表示 “数据已收到” 。可对应 MPU6050 手册中的 “单字节写入时序” 图，标注发送地址、写数据、ACK 回应等流程 。

三、常见问题与调试技巧（初学者必备）

1. 读取 WHO_AM_I 寄存器值不是 0x68

• 硬件接线检查：确认 SDA、SCL 引脚是否接反，上拉电阻（建议 4.7K 左右 ）是否正确连接 。
• 设备地址检查：查看 AD0 引脚电平，若接 VCC，设备地址应为 0x69<<1，需同步修改代码中的地址 。
• I2C 初始化检查：确认通信速率（如 400KHz ）、引脚配置是否正确 。

2. OLED 显示乱码

• OLED 初始化检查：确认引脚连接是否正确（如 SCL、SDA 是否对应 I2C1 引脚 ） 。
• 显示函数检查：确认 OLED_PrintHex 等函数与当前 OLED 驱动芯片兼容，不同驱动芯片指令存在差异 。

四、知识总结与串联

1. I2C 通信核心逻辑：主机（STM32 ）通过 SDA、SCL 引脚，向从机（MPU6050 ）发送 “地址 + 读写命令 + 数据”，从机返回 ACK 信号或数据，完成交互 。
2. MPU6050 地址规则：7 位地址为 b110100X，X 由 AD0 引脚电平决定，在 STM32 代码中需左移 1 位使用 。
3. HAL 库函数运用：HAL_I2C_Master_Transmit/Receive 实现分步读写，HAL_I2C_Mem_Read/Write 简化操作流程，底层均基于标准 I2C 时序 。
4. 调试思路指引：先通过读取 WHO_AM_I 寄存器验证通信，再尝试写寄存器并回读验证，结合串口打印、OLED 显示功能辅助排查问题 。

（5）I2C —— HAL 库中断模式

一、核心概念理解

中断模式

在中断模式下，当 I2C 数据传输完成（发送完成或接收完成 ）或者出现错误时，会触发相应的中断，CPU 会暂停当前正在执行的任务，转而去执行中断服务函数（回调函数 ）。这样一来，CPU 不需要一直等待 I2C 传输完成，在传输过程中可以去处理其他事务，提升了系统的实时性和整体效率 。

三、代码模块解析

（一）全局变量定义

static volatile int g_i2c1_tx_complete = 0;//全局变量，用于标记I2C1发送是否完成
static volatile int g_i2c1_rx_complete = 0;//全局变量，用于标记I2C1接收是否完成

这里定义了两个全局变量，g_i2c1_tx_complete 用来标记 I2C1 总线的发送操作是否完成，g_i2c1_rx_complete 用来标记 I2C1 总线的接收操作是否完成。volatile 关键字的作用是告诉编译器，这些变量可能会被意外地修改（比如在中断服务函数中被修改 ），防止编译器对这些变量进行过度优化，保证程序的正确性 。

（二）回调函数实现

1. 主设备发送完成回调函数

/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)//主设备发送完成回调函数
{if(hi2c == &hi2c1)//判断是否是I2C1的中断{g_i2c1_tx_complete=1; //标记发送完成}
}
/* USER CODE END 1 */

当 I2C1 作为主设备完成数据发送操作时，这个回调函数会被调用。函数内部通过判断传入的 hi2c 句柄是否是 &hi2c1（假设 hi2c1 是我们配置的 I2C1 外设的句柄 ），来确定是不是我们关注的 I2C1 总线的发送完成事件，如果是的话，就把 g_i2c1_tx_complete 标记为 1，表示发送完成 。

2. 等待发送完成函数

void Wait_i2c1Tx_Complete(void)
{while(g_i2c1_tx_complete==0); //等待发送完成标记置1g_i2c1_tx_complete=0; //完成后重置标记，为下一次传输做准备
}

这个函数的作用是等待 I2C1 的发送操作完成。它会不断检查 g_i2c1_tx_complete 的值，直到其变为 1（表示发送完成 ），然后再把这个标记重置为 0，以便下次传输时能正确判断状态 。

3. 主设备接收完成回调函数

void HAL_I2C_MasterRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)//主设备接收完成回调函数
{if(hi2c == &hi2c1)//判断是否是I2C1的中断{g_i2c1_rx_complete=1; //标记接收完成}
}

和发送完成回调函数类似，当 I2C1 作为主设备完成数据接收操作时，该函数被调用，通过判断句柄确定是 I2C1 后，将 g_i2c1_rx_complete 标记为 1，标识接收完成 。

4. 等待接收完成函数

void Wait_i2c1Rx_Complete(void)
{while(g_i2c1_rx_complete==0); //等待接收完成标记置1g_i2c1_rx_complete=0; //完成后重置标记，为下一次传输做准备
}

此函数用于等待 I2C1 的接收操作完成，不断检查 g_i2c1_rx_complete，直到变为 1，然后重置标记 。

5. MEM 模式发送完成回调函数

void HAL_I2C_MemTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)//主设备发送完成回调函数（MEM模式）
{if(hi2c == &hi2c1)//判断是否是I2C1的中断{g_i2c1_tx_complete=1; //标记发送完成}
}

MEM 模式是 I2C 操作的一种软件概念，本质还是主设备读写数据。当在 MEM 模式下 I2C1 发送完成时，这个回调函数会被调用，同样通过判断句柄，标记发送完成状态 。 。

6. MEM 模式接收完成回调函数

void HAL_I2C_MemRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c)//主设备发送完成回调函数（MEM模式）
{if(hi2c == &hi2c1)//判断是否是I2C1的中断{g_i2c1_rx_complete=1; //标记接收完成}
}

当 I2C1 在 MEM 模式下完成接收操作时，该函数被调用，判断是 I2C1 后标记接收完成 。

（三）整体流程梳理

1. 数据传输触发：在实际的 I2C 通信中，比如使用 HAL_I2C_Master_Transmit_IT（主设备中断模式发送 ）、HAL_I2C_Master_Receive_IT（主设备中断模式接收 ）、HAL_I2C_Mem_Read_IT（MEM 模式中断读 ）、HAL_I2C_Mem_Write_IT（MEM 模式中断写 ）等函数触发数据传输后，当传输完成（发送或接收 ），对应的回调函数就会被调用 。
2. 状态标记与等待：回调函数会修改对应的全局变量（g_i2c1_tx_complete 或 g_i2c1_rx_complete ）来标记传输完成状态。而 Wait_i2c1Tx_Complete 和 Wait_i2c1Rx_Complete 函数则是用来在需要的地方等待传输完成，确保后续操作在数据传输完毕后再执行，保证程序逻辑的正确性 。

四、实际应用场景举例（结合代码片段）

以下是一段实际的代码片段，展示了 I2C 中断模式在实际读取传感器（比如 MPU6050 ）数据等场景中的应用：

uint8_t reg = 0x75;
uint8_t val;
#if 0
HAL_I2C_Master_Transmit_IT(&hi2c1,(0x68<<1),&reg,1);
Wait_i2c1Tx_Complete();HAL_I2C_Master_Receive_IT(&hi2c1, (0x68<<1), &val,1);
Wait_i2c1Rx_Complete();
#else
HAL_I2C_Mem_Read_IT(&hi2c1,(0x68<<1),reg,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1);
Wait_i2c1Rx_Complete();
#endif
OLED_PrintString(0,4,"mpu6050 reg 0x75 val");
OLED_PrintHex(0,6,val,1);// 无限循环：程序的主要逻辑在这里执行
//外设使能控制
uint8_t buf[2]= {107,0};//数组的变量名直接是数组首地址 107寄存器地址；0是寄存器的值
HAL_I2C_Master_Transmit_IT(&hi2c1,(0x68<<1),buf,2);
Wait_i2c1Tx_Complete();
val = 0x55;
HAL_I2C_Mem_Write_IT(&hi2c1,(0x68<<1), 0x31,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1 );
Wait_i2c1Tx_Complete();
val=0;
HAL_I2C_Mem_Read_IT(&hi2c1,(0x68<<1),0x31,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&val,1);
Wait_i2c1Rx_Complete();
OLED_PrintHex(8,6,val,1);

1. 读取 MPU6050 寄存器示例：
   • 首先定义了要读取的寄存器地址 reg = 0x75 和用来存储读取值的变量 val 。
   • 然后有两种方式读取数据，一种是分别使用 HAL_I2C_Master_Transmit_IT 发送寄存器地址，再用 HAL_I2C_Master_Receive_IT 接收数据（被 #if 0 注释掉 ）；另一种是使用 HAL_I2C_Mem_Read_IT（MEM 模式中断读 ），之后调用 Wait_i2c1Rx_Complete 等待接收完成，最后通过 OLED 显示读取的值 。
   • 接着在无限循环部分，展示了向 MPU6050 的 107 寄存器写值（使用 HAL_I2C_Master_Transmit_IT ）、向 0x31 寄存器写值（HAL_I2C_Mem_Write_IT ）和读值（HAL_I2C_Mem_Read_IT ）的操作，每次操作后都调用对应的等待函数，确保操作完成后再进行下一步，最后同样通过 OLED 显示读取的结果 。

五、总结

通过本次课程学习，我们深入了解了 I2C HAL 库中断模式的核心内容：

1. 中断模式优势：利用中断，让 CPU 摆脱轮询等待 I2C 传输的方式，在传输过程中可以处理其他任务，提升系统效率和实时性 。
2. 回调函数与标记变量：通过各种回调函数（主设备发送、接收完成回调，MEM 模式发送、接收完成回调 ）来标记传输状态，配合等待函数，保障数据传输的有序性和程序逻辑的正确性 。
3. 实际应用：在与传感器（如 MPU6050 ）等从设备通信的实际场景中，灵活运用这些函数和模式，实现数据的读写操作，并且能清晰看到代码是如何协同工作来完成整个通信流程的