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STM32_IIC外设工作流程

news 来源：原创 2025/9/4 18:24:40

STM32 I²C 外设工作流程（基于寄存器）

在 STM32 中，I²C 通信主要通过一系列寄存器控制。理解这些寄存器的作用，能够帮助我们掌握 I²C 硬件的运行机制，实现高效的数据传输。本文以 STM32F1（如 STM32F103）为例，详细讲解 I²C 外设的寄存器级操作。

1. STM32 I²C 相关寄存器

STM32 的 I²C 主要涉及以下寄存器：

控制寄存器 1（I2C_CR1）：控制 I²C 外设的启用、应答、时钟伸展等功能。
控制寄存器 2（I2C_CR2）：配置 I²C 的时钟、DMA 使能、中断使能等。
时钟控制寄存器（I2C_CCR）：设置 I²C 通信速率（时钟分频）。
滤波寄存器（I2C_TRISE）：配置最大上升时间，用于同步时钟。
状态寄存器 1（I2C_SR1）：存储 I²C 通信的状态标志，如起始位、地址匹配、数据发送完成等。
状态寄存器 2（I2C_SR2）：存储总线状态、模式、从机地址等信息。
数据寄存器（I2C_DR）：用于收发数据。

2. I²C 外设初始化

在使用 I²C 之前，需要进行初始化，主要包括：

使能 I²C 时钟
配置 GPIO（SCL、SDA）
配置 I²C 速率
使能 I²C 外设

寄存器配置

void I2C_Init(void) {// 1. 使能 I²C1 时钟（I²C1 挂载在 APB1 总线上）RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_I2C1EN;// 2. 使能 GPIOB 时钟（I2C1_SCL=PB6, I2C1_SDA=PB7）RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPBEN;// 3. 配置 GPIO 为复用开漏模式GPIOB->CRL &= ~((0xF << (6 * 4)) | (0xF << (7 * 4)));  // 清除原配置GPIOB->CRL |= (0xB << (6 * 4)) | (0xB << (7 * 4)); // 复用开漏// 4. 配置 I²C 时钟I2C1->CR2 = 36; // PCLK1 = 36MHzI2C1->CCR = 180; // 标准模式（100kHz）：T_high = T_low = 10us, CCR = 180I2C1->TRISE = 37; // TRISE = (1000ns / (1/36MHz)) + 1// 5. 使能 I²C 外设I2C1->CR1 |= I2C_CR1_PE;
}

3. 主机模式发送数据

主机模式下，发送数据的流程如下：

检查总线状态
发送起始信号
发送从机地址（写）
发送数据
发送停止信号

寄存器操作

void I2C_WriteByte(uint8_t devAddr, uint8_t regAddr, uint8_t data) {while (I2C1->SR2 & I2C_SR2_BUSY);  // 等待总线空闲I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START;  // 发送起始信号while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB)); // 等待起始信号发送完成I2C1->DR = (devAddr << 1) | 0;  // 发送从机地址 + 写while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR)); // 等待地址发送完成(void)I2C1->SR2;  // 读取 SR2 以清除 ADDR 标志I2C1->DR = regAddr;  // 发送寄存器地址while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE)); // 等待数据寄存器空I2C1->DR = data;  // 发送数据while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_BTF)); // 等待数据传输完成I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP;  // 发送停止信号
}

4. 主机模式接收数据

发送起始信号
发送从机地址（写）
发送寄存器地址
发送重复起始信号
发送从机地址（读）
读取数据
发送 NACK，结束传输
发送停止信号

寄存器操作

uint8_t I2C_ReadByte(uint8_t devAddr, uint8_t regAddr) {uint8_t data;while (I2C1->SR2 & I2C_SR2_BUSY);  // 检查总线状态I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START;  // 发送起始信号while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB));I2C1->DR = (devAddr << 1) | 0;  // 发送从机地址（写）while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));(void)I2C1->SR2;I2C1->DR = regAddr;  // 发送寄存器地址while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE));I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START;  // 发送重复起始信号while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB));I2C1->DR = (devAddr << 1) | 1;  // 发送从机地址（读）while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));(void)I2C1->SR2;I2C1->CR1 &= ~I2C_CR1_ACK;  // 发送 NACKI2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP;  // 发送停止信号while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_RXNE));data = I2C1->DR;  // 读取数据return data;
}

5. 复位 I²C 总线

当 I²C 总线锁死时，可通过软件复位：

I2C1->CR1 &= ~I2C_CR1_PE;  // 关闭 I²C
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_PE;   // 重新使能 I²C

或手动拉高 SCL 并发送 9 个时钟脉冲。

6. 总结

I²C 初始化 需要配置 GPIO、I²C 时钟、CCR 寄存器
发送数据 依赖 I2C_CR1（START, STOP）、I2C_SR1（SB, TXE, BTF）、I2C_DR
接收数据 依赖 ACK、NACK、重复起始
通过 软件复位 处理总线锁死

掌握这些寄存器，可以更深入地理解 STM32 I²C 外设的运行机制，优化通信效率和稳定性。

STM32 I²C 数据收发过程（寄存器级详细解析）

STM32 的 I²C 外设工作过程中，多个寄存器的值会发生变化。我们将逐步拆解 主机发送数据 和 主机接收数据 的流程，并详细说明寄存器状态的变化，帮助你深入理解 STM32 I²C 硬件的底层机制。

1. STM32 I²C 主要寄存器

在 I²C 传输过程中，涉及以下主要寄存器：

1.1 控制寄存器

寄存器	作用
`I2C_CR1`	控制 I²C 外设（启动、停止、应答、软件复位等）
`I2C_CR2`	配置 I²C 时钟、DMA、中断

1.2 状态寄存器

寄存器	作用
`I2C_SR1`	反映当前 I²C 事件，如 `SB`（起始位）、`ADDR`（地址匹配）、`TXE`（数据寄存器空）等
`I2C_SR2`	反映 I²C 总线的状态，如 `BUSY`（总线忙）、`MSL`（主机模式）等

1.3 数据寄存器

寄存器	作用
`I2C_DR`	读写数据

2. I²C 主机发送数据（寄存器变化）

步骤

发送 起始信号
发送 从机地址 + 写（bit 0 = 0）
发送 数据字节
发送 停止信号

2.1 发送起始信号

寄存器变化

操作	`I2C_CR1`	`I2C_SR1`	说明
`I2C1->CR1	= I2C_CR1_START;`	`START = 1`
等待 `SB=1`		`SB=1`	起始条件已发送

代码

I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START;  // 发送起始信号
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB));  // 等待起始位（SB=1）

2.2 发送从机地址（写）

寄存器变化

| 操作 | I2C_DR | I2C_SR1 | I2C_SR2 | 说明 |
|---------|--------|----------|----------|
| I2C1->DR = (devAddr << 1) | 0; | 发送地址 | ADDR=1 | |
| 读取 SR2 清 ADDR | | ADDR=0 | 地址发送完成 |

代码

I2C1->DR = (devAddr << 1) | 0;  // 发送从机地址 + 写
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));  // 等待地址匹配
(void)I2C1->SR2;  // 读取 SR2 清除 ADDR 标志

2.3 发送数据

寄存器变化

操作	`I2C_DR`	`I2C_SR1`	说明
`I2C1->DR = data;`	发送数据	`TXE=0`	数据正在发送
等待 `TXE=1`		`TXE=1`	数据发送完成

代码

I2C1->DR = data;  // 发送数据
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE));  // 等待数据传输完成

2.4 发送停止信号

寄存器变化

操作	`I2C_CR1`	说明
`I2C1->CR1	= I2C_CR1_STOP;`	`STOP=1`

代码

I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP;  // 发送停止信号

3. I²C 主机接收数据（寄存器变化）

步骤

发送 起始信号
发送 从机地址 + 读（bit 0 = 1）
读取数据
发送 NACK
发送 停止信号

3.1 发送起始信号

与主机发送数据相同：

I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START;
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB));

3.2 发送从机地址（读）

寄存器变化

| 操作 | I2C_DR | I2C_SR1 | I2C_SR2 | 说明 |
|---------|--------|----------|----------|
| I2C1->DR = (devAddr << 1) | 1; | 发送地址 | ADDR=1 | |
| 读取 SR2 清 ADDR | | ADDR=0 | 地址发送完成 |

代码

I2C1->DR = (devAddr << 1) | 1;
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));
(void)I2C1->SR2;

3.3 读取数据

寄存器变化

操作	`I2C_SR1`	`I2C_DR`	说明
等待 `RXNE=1`	`RXNE=1`		数据可读
`data = I2C1->DR;`	`RXNE=0`	读取数据	数据被取走

代码

while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_RXNE));  // 等待数据准备好
data = I2C1->DR;  // 读取数据

3.4 发送 NACK

寄存器变化

操作	`I2C_CR1`	说明
`I2C1->CR1 &= ~I2C_CR1_ACK;`	关闭 ACK	发送 NACK

代码

I2C1->CR1 &= ~I2C_CR1_ACK;  // 发送 NACK

3.5 发送停止信号

与主机发送数据相同：

I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP;  // 发送停止信号

4. 复位 I²C 总线

若 I²C 总线锁死，可执行软件复位：

I2C1->CR1 &= ~I2C_CR1_PE;  // 关闭 I²C
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_PE;   // 重新启用 I²C

5. 总结

I2C_SR1 标志寄存器：指示 I²C 传输状态（SB、ADDR、TXE、RXNE）。
I2C_DR 数据寄存器：用于收发数据。
I2C_CR1 控制寄存器：用于产生 START、STOP、ACK。

寄存器级的 I²C 操作能提供更高的灵活性，适用于驱动底层 I²C 设备，如摄像头、EEPROM、传感器等。

STM32 I²C 完整收发流程（寄存器级详细解析）

为了更清楚地理解 STM32 I²C 外设的寄存器级操作，我们使用一个 完整的示例：
假设 STM32 作为主机，从 I²C 设备（如 EEPROM、传感器）读取一个寄存器 的值，
然后 修改该值并写回。

1. 示例任务

目标

读取从机（设备地址 0x50）的寄存器 0x10 的值。
修改该值（加 1）。
写回该值到 0x10。

I²C 设备信息

设备地址：0x50
寄存器地址：0x10
I²C 速率：100kHz（标准模式）

2. I²C 数据收发完整流程

完整步骤

1. 发送起始信号

I2C_CR1 |= I2C_CR1_START
I2C_SR1 置位 SB=1

2. 发送设备地址（写）

I2C_DR = 0x50 << 1 | 0
I2C_SR1 置位 ADDR=1
读取 I2C_SR2 清除 ADDR

3. 发送寄存器地址

I2C_DR = 0x10
I2C_SR1 置位 TXE=1

4. 发送重复起始信号

I2C_CR1 |= I2C_CR1_START
I2C_SR1 置位 SB=1

5. 发送设备地址（读）

I2C_DR = 0x50 << 1 | 1
I2C_SR1 置位 ADDR=1
读取 I2C_SR2 清除 ADDR

6. 读取数据

I2C_SR1 置位 RXNE=1
data = I2C_DR

7. 发送 NACK

I2C_CR1 &= ~I2C_CR1_ACK

8. 发送停止信号

I2C_CR1 |= I2C_CR1_STOP

9. 修改数据

data++

10. 发送起始信号

I2C_CR1 |= I2C_CR1_START

11. 发送设备地址（写）

I2C_DR = 0x50 << 1 | 0

12. 发送寄存器地址

I2C_DR = 0x10

13. 发送数据

I2C_DR = data

14. 发送停止信号

I2C_CR1 |= I2C_CR1_STOP

3. 代码实现

#include "stm32f10x.h"#define I2C_ADDRESS  0x50  // 从设备地址
#define REG_ADDRESS  0x10  // 目标寄存器地址void I2C_WriteByte(uint8_t devAddr, uint8_t regAddr, uint8_t data);
uint8_t I2C_ReadByte(uint8_t devAddr, uint8_t regAddr);int main(void) {uint8_t data;// 1. 读取寄存器值data = I2C_ReadByte(I2C_ADDRESS, REG_ADDRESS);// 2. 修改数据data++;// 3. 写回数据I2C_WriteByte(I2C_ADDRESS, REG_ADDRESS, data);while (1);
}// 读取 I2C 设备寄存器值
uint8_t I2C_ReadByte(uint8_t devAddr, uint8_t regAddr) {uint8_t data;// 1. 发送起始信号I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START;while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB));// 2. 发送设备地址（写）I2C1->DR = (devAddr << 1) | 0;while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));(void)I2C1->SR2;// 3. 发送寄存器地址I2C1->DR = regAddr;while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE));// 4. 发送重复起始信号I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START;while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB));// 5. 发送设备地址（读）I2C1->DR = (devAddr << 1) | 1;while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));(void)I2C1->SR2;// 6. 读取数据while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_RXNE));data = I2C1->DR;// 7. 发送 NACKI2C1->CR1 &= ~I2C_CR1_ACK;// 8. 发送停止信号I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP;return data;
}// 向 I2C 设备寄存器写入数据
void I2C_WriteByte(uint8_t devAddr, uint8_t regAddr, uint8_t data) {// 1. 发送起始信号I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START;while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB));// 2. 发送设备地址（写）I2C1->DR = (devAddr << 1) | 0;while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));(void)I2C1->SR2;// 3. 发送寄存器地址I2C1->DR = regAddr;while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE));// 4. 发送数据I2C1->DR = data;while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE));// 5. 发送停止信号I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP;
}

4. 关键寄存器变化总结

步骤	寄存器	变化	作用
发送起始信号	`I2C_CR1`	`START=1`	产生起始信号
发送设备地址（写）	`I2C_DR`	`ADDR=1`	发送地址
发送寄存器地址	`I2C_DR`	`TXE=1`	发送数据
发送重复起始信号	`I2C_CR1`	`START=1`	重新开始
发送设备地址（读）	`I2C_DR`	`ADDR=1`	发送地址
读取数据	`I2C_DR`	`RXNE=1`	接收数据
发送 NACK	`I2C_CR1`	`ACK=0`	结束读取
发送停止信号	`I2C_CR1`	`STOP=1`	终止传输

5. 结论

I2C_CR1 控制起始、停止、ACK/NACK 发送。
I2C_SR1 监视数据传输状态（SB、ADDR、TXE、RXNE）。
I2C_DR 用于收发数据。

这个完整的流程展示了 I²C 数据收发 的 寄存器级操作，适用于传感器、EEPROM、摄像头等 I²C 设备的底层驱动开发。

STM32 的 I2C 外设（通常标记为 I2Cx，如 I2C1、I2C2）在寄存器层面的工作流程涉及多个关键寄存器的配置和状态监测。以下是基于寄存器操作的工作流程详解：

1. I2C 外设寄存器概览

STM32 I2C 外设的核心寄存器包括：

CR1 (Control Register 1)：配置 I2C 使能、ACK、时钟等。
CR2 (Control Register 2)：设置时钟频率、中断/DMA 使能。
OAR1/OAR2 (Own Address Register)：配置自身地址。
DR (Data Register)：发送/接收数据。
SR1/SR2 (Status Registers)：标志位（如起始条件、地址匹配、数据收发完成等）。
CCR (Clock Control Register)：设置时钟分频和模式（标准/快速）。
TRISE (TRise Register)：配置 SCL 上升时间。

2. 主机发送模式（Master Transmitter）流程

(1) 初始化配置

配置 GPIO：将 SCL/SDA 引脚设为复用开漏模式（需外部上拉电阻）。
配置 I2C 时钟：
- CR2 的 FREQ[5:0] 位：设置 APB 时钟频率（单位 MHz）。
配置时钟分频：
- CCR 的 CCR[11:0] 位：设置 SCL 时钟分频。
- 标准模式（100 kHz）或快速模式（400 kHz）。
配置上升时间：
- TRISE：根据模式设置（标准模式：1000ns → TRISE = F_APB1(MHz) + 1）。
使能 I2C：
- CR1 的 PE 位置 1，使能外设。

(2) 发送起始条件

生成 START 信号：
- CR1 的 START 位置 1。
等待起始条件完成：
- 轮询 SR1 的 SB 位（Start Bit），当 SB=1 时，起始条件生成成功。
- 必须读取 SR1 后写 DR 寄存器（硬件自动清除 SB）。

(3) 发送从机地址

写入从机地址 + 方向位：
- DR 写入 7-bit地址<<1 | R/W位（0 表示写）。
等待地址应答：
- 轮询 SR1 的 ADDR 位（地址发送完成）。
- 必须读取 SR1 和 SR2 以清除 ADDR 标志。

(4) 发送数据

写入数据到 DR：
- DR 写入待发送的数据字节。
等待数据发送完成：
- 轮询 SR1 的 TXE 位（Transmit Data Register Empty）。
- 当 TXE=1，表示数据已转移到移位寄存器，可写入下一字节。
重复步骤 4.1-4.2 发送所有数据。

(5) 发送停止条件

生成 STOP 信号：
- CR1 的 STOP 位置 1。
等待停止完成：
- 根据时序要求等待（无需轮询特定标志）。

3. 主机接收模式（Master Receiver）流程

流程与发送模式类似，但需注意：

发送从机地址时，R/W 位置 1。
配置 CR1 的 ACK 位以控制是否发送应答：
- 在接收最后一个字节前，ACK 位需清零（发送 NACK）。
从 DR 读取数据前，需检查 SR1 的 RXNE 位（Receive Data Register Not Empty）。

4. 关键状态标志与错误处理

BUSY (SR2[1])：总线忙状态。
BTF (SR1[2])：字节传输完成。
AF (SR1[10])：应答失败（NACK）。
ARLO (SR1[9])：仲裁丢失。
BERR (SR1[8])：总线错误。

错误处理：

检测到错误标志后，清除错误（通过写 CR1 的 SWRST 位或重新初始化）。
重新发起通信。

5. 典型寄存器操作示例（主机发送）

// 等待 I2C 空闲
while (I2C1->SR2 & I2C_SR2_BUSY);// 发送 START
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START;// 等待 SB=1
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB));// 发送地址（写模式）
I2C1->DR = (SlaveAddr << 1) | 0;// 等待 ADDR=1
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));
volatile uint32_t temp = I2C1->SR1 | (I2C1->SR2 << 16); // 清除 ADDR// 发送数据
I2C1->DR = DataByte;
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE));// 发送 STOP
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP;

6. 注意事项

时钟配置：CCR 和 TRISE 需严格匹配时序要求。
标志清除顺序：某些标志（如 ADDR）需通过读 SR1 + SR2 清除。
中断/DMA：可通过 CR2 配置中断或 DMA 传输，减少 CPU 轮询开销。

通过直接操作寄存器，开发者可以更精细地控制 I2C 时序，但需严格遵循 STM32 参考手册的流程以避免硬件错误。

好的！我将更详细地分析 I2C 外设在数据传输过程中寄存器的具体变化，结合 STM32 的硬件行为，逐步拆解每个阶段的寄存器操作和状态标志的响应。以下是深入细节的流程说明：

1. 初始化阶段的寄存器配置

(1) GPIO 模式配置

GPIOx_CRL/CRH：配置 SCL/SDA 引脚为 复用开漏模式（GPIO_Mode_AF_OD）。
GPIOx_ODR：无需手动设置，但硬件要求外部上拉电阻。

(2) I2C 时钟与模式配置

CR2 的 FREQ[5:0]：设置 APB1 总线时钟频率（例如，36 MHz → FREQ=36）。
CCR 的 CCR[11:0]：
- 标准模式（100 kHz）：CCR = APB1_CLK / (2 * 100000)。
- 快速模式（400 kHz）：CCR = APB1_CLK / (2 * 400000)。
- 快速模式+（1 MHz）：需使能 F/S 位（CCR[15]）。
TRISE：设置 SCL 上升时间（例如，标准模式：TRISE = APB1_CLK(MHz) + 1）。
CR1 的 PE 位：置 1 使能 I2C 外设。

2. 主机发送模式（Master Transmitter）详细流程

(1) 生成起始条件（START）

操作寄存器：
- CR1 的 START 位置 1。
硬件行为：
- I2C 硬件检测总线空闲（SR2.BUSY=0）后，生成 START 条件。
状态标志变化：
- SR1.SB 置 1：表示 START 条件已生成。
关键操作：
- 必须 读取 SR1 寄存器（清除 SB 位），然后立即写入从机地址到 DR 寄存器。

(2) 发送从机地址

写入地址到 DR：
- DR 写入 (SlaveAddr << 1) | 0（0 表示写操作）。
硬件行为：
- 硬件自动发送地址 + R/W 位，并等待从机的 ACK。
状态标志变化：
- SR1.ADDR 置 1：地址已发送且收到 ACK。
- SR2.TRA 置 1：表示当前处于发送模式。

关键操作：

必须 读取 SR1 和 SR2 寄存器以清除 ADDR 标志。

示例代码：

volatile uint32_t dummy = I2C1->SR1; // 读取 SR1 清除 ADDR
dummy = I2C1->SR2;                   // 读取 SR2 清除 BUSY 状态

(3) 发送数据字节

写入数据到 DR：
- DR 写入待发送的数据（例如 0x55）。
硬件行为：
- 硬件将 DR 中的数据移到移位寄存器，并逐位发送到 SDA 线。
状态标志变化：
- SR1.TXE 置 1：表示 DR 已空，可以写入下一个字节。
- SR1.BTF 置 1：表示当前字节已完全发送（包括 ACK 周期）。
关键操作：
- 若 TXE=1，写入新数据到 DR，硬件自动清除 TXE。
- 若 BTF=1，表示数据已发送完成，但需结合 TXE 判断。

(4) 发送停止条件（STOP）

操作寄存器：
- CR1 的 STOP 位置 1。
硬件行为：
- 生成 STOP 条件，释放总线。
状态标志变化：
- SR2.BUSY 置 0：总线空闲。

3. 主机接收模式（Master Receiver）详细流程

(1) 生成 START 并发送读地址

发送 START（同发送模式）。
写入读地址到 DR：
- DR 写入 (SlaveAddr << 1) | 1（1 表示读操作）。
状态标志变化：
- SR1.ADDR 置 1：地址发送成功。
- SR2.TRA 置 0：表示当前处于接收模式。

(2) 接收数据流程

配置 ACK/NACK：
- CR1.ACK 置 1：使能 ACK（接收每个字节后发送 ACK）。
- 在接收最后一个字节前，需 清零 ACK 位（发送 NACK）。
读取数据：
- 等待 SR1.RXNE=1：表示 DR 中有新数据。
- 读取 DR 寄存器，硬件自动清除 RXNE。
状态标志变化：
- SR1.RXNE 置 1：数据已接收完毕。
- SR1.BTF 置 1：字节传输完成（包括 ACK/NACK 周期）。

(3) 生成 STOP 条件

同发送模式，需在接收最后一个字节后立即生成 STOP。

4. 寄存器状态变化时序图（示例）

以主机发送模式为例，展示寄存器关键位的变化时序：

操作	CR1.START	SR1.SB	SR1.ADDR	SR1.TXE	SR1.BTF	SR2.BUSY
初始状态	0	0	0	0	0	0
设置 START=1	1	0	0	0	0	1
START 生成完成	1	1	0	0	0	1
写入地址到 DR	1	0	0	0	0	1
地址发送完成	1	0	1	0	0	1
清除 ADDR（读 SR1/SR2）	1	0	0	0	0	1
写入数据到 DR	1	0	0	0	0	1
数据开始发送	1	0	0	0	0	1
数据发送完成	1	0	0	1	1	1
设置 STOP=1	0	0	0	1	1	0

5. 错误处理与寄存器恢复

(1) 应答失败（NACK）

触发条件：从机未应答地址或数据。
状态标志：SR1.AF=1。

恢复操作：

清除 AF 标志：写 SR1 的 AF 位为 0。

生成 STOP 或重复 START：

I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP;  // 强制 STOP
I2C1->SR1 &= ~I2C_SR1_AF;   // 清除 AF 标志

(2) 总线仲裁丢失（Arbitration Lost）

触发条件：多主机竞争时，STM32 失去总线控制权。
状态标志：SR1.ARLO=1。
恢复操作：
1. 清除 ARLO：写 SR1 的 ARLO 位为 0。
2. 重新初始化 I2C 外设（PE=0 → 重新配置 → PE=1）。

6. 关键代码示例（寄存器级操作）

主机发送单字节数据

// 等待总线空闲
while (I2C1->SR2 & I2C_SR2_BUSY);// 1. 发送 START
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_START;// 2. 等待 SB=1
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_SB));// 3. 发送从机地址（写模式）
I2C1->DR = (0x50 << 1); // 假设从机地址 0x50// 4. 等待 ADDR=1
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_ADDR));
volatile uint32_t temp = I2C1->SR1; // 清除 SR1.ADDR
temp = I2C1->SR2;                  // 清除 SR2 状态// 5. 发送数据
I2C1->DR = 0xAA; // 发送数据 0xAA
while (!(I2C1->SR1 & I2C_SR1_TXE)); // 等待 TXE=1// 6. 发送 STOP
I2C1->CR1 |= I2C_CR1_STOP;

7. 深入理解寄存器交互

DR 寄存器的双缓冲机制：
- 当 TXE=1 时，表示 DR 已空，可以写入下一个字节，但硬件可能仍在发送前一个字节。
- 写入 DR 会触发硬件开始发送，同时清除 TXE 位。
状态标志的清除顺序：
- ADDR 标志必须通过 先读 SR1，再读 SR2 来清除。
- AF 和 ARLO 标志需通过写 0 清除。

8. 总结

通过直接操作寄存器，可以精确控制 I2C 的每一个总线动作，但需要严格遵循以下原则：

状态标志的清除顺序：如 ADDR 必须读 SR1 + SR2。
时序匹配：CCR 和 TRISE 需根据 APB1 时钟频率计算。
错误恢复：检测到错误标志后，必须清除并重新初始化外设。

实际开发中，建议结合 STM32 参考手册的 I2C 时序图 和 寄存器描述，通过逻辑分析仪抓取 SCL/SDA 波形，验证寄存器操作是否符合预期。