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STM32双I2C接口实战：如何让多个传感器各走各路，互不打架？

你有没有遇到过这种情况：项目里接了温湿度传感器、触摸屏、OLED显示屏、EEPROM……全都用I2C通信，结果一通电，总线“卡死”，读不到数据？或者某个设备偶尔失联，调试半天发现是地址冲突或总线负载太重？

别急，这不怪你代码写得差，也不是芯片不行——而是你该上双I2C接口资源管理这堂课了。

在STM32这类主流MCU中，通常自带两个甚至更多的硬件I2C外设（比如I2C1和I2C2）。但很多人只把它当“备用通道”来用，其实只要稍加规划，就能实现真正的并行通信、任务解耦、响应提速。今天我们就来聊聊：怎么把这两条I2C总线用明白，让你的系统稳如老狗。

为什么一个I2C不够用了？

先说清楚问题根源。

I2C协议本身很优雅：两根线（SDA + SCL），支持多从机挂载，地址寻址，布线简单。但它也有硬伤：

• 半双工：同一时间只能发或收；
• 共享总线：所有设备共用一条物理链路；
• 时序敏感：时钟拉伸、ACK丢失、NACK响应都可能引发阻塞；
• 地址唯一性要求高：一旦两个设备地址相同，直接“撞车”。

所以当你在一个I2C总线上挂了五六个设备，还要频繁轮询触摸屏、刷新屏幕、保存配置到EEPROM……CPU就得不停地排队处理请求，稍有不慎就会超时、锁死，甚至拖垮整个系统。

那怎么办？有人会想：“我用软件模拟I2C不就行了？”
——可以，但代价是CPU占用飙升，实时性大打折扣。

更聪明的做法是：利用STM32内置的双硬件I2C模块，物理隔离不同功能的外设，各走各道，互不干扰。

硬件I2C不只是“自动发起始信号”那么简单

STM32的硬件I2C不是摆设。它不只是帮你生成Start/Stop条件，而是一个完整的协议控制器。我们以STM32F4系列为例，看看它到底强在哪：

它能自己搞定这些事：

• 自动生成起始/停止信号
• 自动发送从机地址 + 读写位
• 每字节后自动等待ACK
• 支持7位和10位寻址
• 可配置通信速率（标准100kbps、快速400kbps、高速可达1Mbps）
• 内建错误检测：总线错误（BERR）、仲裁丢失（ARLO）、NACK检测等
• 支持DMA传输，大批量数据无需CPU干预

这意味着什么？意味着你可以发起一次HAL_I2C_Master_Transmit()调用后，就去干别的事了——数据搬运交给DMA，完成中断再来通知你。

// 初始化I2C1为400kHz快速模式 hi2c1.Instance = I2C1; hi2c1.Init.Timing = 0x00702991; // 根据PCLK1=42MHz计算得出 hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT; HAL_I2C_Init(&hi2c1); // 发送命令给OLED，非阻塞式 uint8_t cmd = 0xAF; // 开显示 HAL_I2C_Master_Transmit_IT(&hi2c1, OLED_ADDR << 1, &cmd, 1);

你看，连中断版本都有。只要开了中断，发完就走，完全不用死等。

⚠️ 小贴士：Timing寄存器值不能乱填！建议用STM32CubeMX自动生成，否则时钟分频错一点，通信就翻车。

双I2C不是“多一条线”这么简单，关键在于“怎么分工”

现在重点来了：你有两个I2C接口（I2C1 和 I2C2），该怎么分配才最合理？

别以为随便分就行。如果设计不当，照样会出现中断抢占、DMA通道争用、CPU调度混乱等问题。

真正高效的策略，是按性能需求+任务优先级+通信频率进行功能分区。

✅ 推荐分工方式：高频归一路，低频归另一路

举个典型场景：

显然，前两者属于“高频+实时性强”的任务，后两者则是“后台慢速操作”。

于是我们可以这样划分：

• I2C1：专供触摸屏 + OLED → 负责人机交互主线
• I2C2：连接SHT30 + EEPROM → 处理环境采集与参数存储

这样一来：
- 主界面流畅度不受传感器采样影响；
- 即使EEPROM写入延时较长，也不会卡住屏幕刷新；
- 各总线负载均衡，避免单条总线过载。

🧩 更进一步：结合RTOS做任务隔离

如果你用了FreeRTOS之类的操作系统，那就更好办了——直接拆成两个独立任务：

void Task_TouchAndDisplay(void *pvParams) { while(1) { // 读取触摸状态 uint8_t touch_data[4]; HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, TOUCH_ADDR << 1, touch_data, 4, 100); // 更新UI oled_update_cursor(touch_data); vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10)); // 10ms轮询 } } void Task_SensorAndStorage(void *pvParams) { while(1) { // 每2秒读一次温湿度 uint8_t temp_humi[6]; HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c2, SHT30_ADDR << 1, &trigger_cmd, 1, 100); vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10)); // 等待转换完成 HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c2, SHT30_ADDR << 1, temp_humi, 6, 100); // 每分钟存一次日志到EEPROM（伪逻辑） if (should_save_log) { HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c2, EEPROM_ADDR << 1, log_data, 16, 500); } vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(2000)); } }

两个任务分别使用不同的I2C句柄，运行在不同优先级下（可设前者更高），真正做到并行不悖、互不影响。

实战避坑指南：那些文档里不说的“潜规则”

再好的架构也怕细节翻车。以下是我在实际项目中踩过的坑，总结成几条“生存法则”：

🔌 1. GPIO复用必须检查清楚！

STM32很多引脚是多功能复用的。比如PB6/PB7常作I2C1_SCL/SDA，但如果同时开启了串口或定时器PWM，就会冲突。

✅ 正确做法：使用STM32CubeMX图形化配置，一键查看Pinout冲突；或手动查《Datasheet》确认AF功能编号。

⚖️ 2. 中断优先级要分主次

假设I2C1用于触摸中断唤醒，I2C2只是定时采集温度。如果不设置优先级：

HAL_NVIC_SetPriority(I2C1_EV_IRQn, 1, 0); // 高优先级 HAL_NVIC_SetPriority(I2C2_EV_IRQn, 3, 0); // 低优先级

那么当I2C2正在传输时，I2C1事件可能被延迟响应，导致触摸“迟钝”。

📦 3. DMA通道不能抢

STM32的DMA资源有限。例如：

• I2C1_TX → DMA1_Stream6_Channel1
• I2C2_RX → DMA1_Stream2_Channel7

如果两个都试图用Stream6，就会冲突。务必查参考手册《RM0090》中的DMA请求映射表，确保无重叠。

💡 4. 上拉电阻要独立配置

虽然I2C协议要求上拉，但很多人图省事只在一端加上拉电阻。问题是：

如果I2C1和I2C2共用电源域，但走线很长，不上拉或上拉不足，会导致上升沿缓慢，高速通信失败！

✅ 正确做法：每条I2C总线单独加4.7kΩ上拉至VDD，尤其是跨板连接或使用排线时。

🛑 5. 超时与恢复机制不能少

别相信“永远能通信成功”。现实世界总有干扰、设备掉电、冷启动未就绪等情况。

一定要在调用HAL函数时设置合理的超时时间，并加入软复位逻辑：

if (HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, dev_addr, data, len, 100) != HAL_OK) { // 尝试复位I2C外设 __HAL_I2C_DISABLE(&hi2c1); HAL_Delay(10); __HAL_I2C_ENABLE(&hi2c1); }

否则一旦BUSY标志置位，后续所有操作都会失败。

总结：双I2C的本质是“系统级解耦”

你以为双I2C只是多了个通信口？错。

它的真正价值在于：通过物理层隔离，实现系统级的任务解耦、性能优化与故障隔离。

• 当一条总线异常时，不影响另一条正常工作；
• 高频任务不再被低速操作拖累；
• 结合RTOS后，可构建清晰的任务层级结构；
• 整体系统的稳定性、可维护性和扩展性大幅提升。

特别是在工业控制、智能家居网关、便携式仪表这类需要长期稳定运行的设备中，这种设计思维尤为重要。

最后一句话

高手和新手的区别，从来不在会不会写I2C驱动，而在懂不懂如何让多个I2C“和平共处”。

下次你在画PCB之前，不妨先问自己一句：
“我的这两个I2C，到底该谁管什么？”

答案想明白了，系统就已经成功了一半。

如果你也在做类似项目，欢迎留言交流你的I2C布局策略！