STM32HAL库I2C函数使用详解：以MPU6050传感器为例

引言

 I2C（Inter - Integrated Circuit）由Philips公司开发的一种简单、双向二线制串行通信协议。它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息，主要用于短距离、低速的数据传输，广泛应用于各种传感器、存储器等设备的通信中。MPU6050 六轴传感器便是常见的基于 I2C 通信的设备，它能同时测量加速度和角速度，在机器人、无人机等领域有着广泛的应用。本文将详细介绍如何使用 STM32 HAL 库中的 I2C 函数与 MPU6050 传感器进行通信。

目录

一、开发环境

二、MPU6050传感器

三、STM32 HAL 库 I2C 函数介绍

1. 阻塞模式函数

2. 中断模式函数

3.回调函数

四、代码示例及详解

1.发送寄存器地址向MPU6050的某个寄存器发送地址，以便后续读取该寄存器的内容。例如，who am i寄存器地址为0x75：

2.读取寄存器值现在我们可以从刚才指定的寄存器中读取数据了：

3.使用中断模式为了提高效率，我们还可以使用中断模式进行数据传输。以下是一个使用中断模式的示例：

4.完整示例代码

五、运行结果

六、总结

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一、开发环境  

硬件：正点原子精英版 V2 STM32F103开发板

单片机：STM32F103ZET6

Keil版本：5.32

STM32CubeMX版本：6.9.2

STM32Cube MCU Packges版本：STM32F1xx_DFP.2.4.1 串口：USART1(PA9,PA10)

I2C2:PB10(SCL),PB11(SDA)

二、MPU6050传感器

MPU6050 是一款集成了三轴加速度计和三轴陀螺仪的六轴运动传感器。

对于 MPU6050 六轴传感器，其数据手册会说明它的默认 I2C 地址为 0x68 或 0x69，这取决于 AD0 引脚的电平状态。当 AD0 引脚接地时，地址为 0x68；当 AD0 引脚接高电平时，地址为 0x69 。开发者在使用该传感器时，只需按照手册中的说明来确定地址即可。

下面是相关信息汇总表：

从机地址

b1101000（0x68）或b1101001（0x69）

WHO_AM_I寄存器地址

0x75

WHO_AM_I寄存器该寄存器默认值

0x68

三、STM32 HAL 库 I2C 函数介绍

STM32的I2C控制器处理了I2C协议中的大部分基本时序，包括起始条件、停止条件、时钟同步以及ACK/NACK响应。此外，它还支持多种传输模式，如轮询模式、中断模式和DMA模式。HAL库进一步封装了这些底层操作，提供了一系列易于使用的API函数，使开发者能够专注于应用逻辑而非底层细节。通常情况下，开发者只需调用HAL库API函数，即可实现I2C通信。以下是一些常用的 I2C 函数：

1. 阻塞模式函数

HAL_I2C_Master_Transmit()：主机向从机发送数据，函数会阻塞等待数据发送完成。

HAL_I2C_Master_Receive()：主机从从机接收数据，同样是阻塞等待接收完成。

HAL_I2C_Mem_Write()：主机向从机的指定内存地址写入数据。

HAL_I2C_Mem_Read()：主机从从机的指定内存地址读取数据。

2. 中断模式函数

HAL_I2C_Master_Transmit_IT()：以中断模式向从机发送数据，函数调用后立即返回，数据发送完成会触发回调函数。

HAL_I2C_Master_Receive_IT()：以中断模式从从机接收数据，同样调用后立即返回，接收完成触发回调。

HAL_I2C_Mem_Write_IT()：以中断模式向从机指定内存地址写入数据。

HAL_I2C_Mem_Read_IT()：以中断模式从从机指定内存地址读取数据。

3.回调函数

HAL_I2C_MasterTxCpltCallback()：主机发送完成回调函数。

调用过程:I2C2_EV_IRQHandler-> HAL_I2C_EV_IRQHandler(&hi2c2)->I2C_MasterTransmit_BTF(hi2c)->HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(hi2c);

HAL_I2C_MasterRxCpltCallback()：主机接收完成回调函数。

HAL_I2C_MemRxCpltCallback()指定内存地址函数(HAL_I2C_Mem_Read_IT())主机接收完成回调函数。

调用过程:I2C2_EV_IRQHandler->HAL_I2C_EV_IRQHandler(&hi2c2)->I2C_MemoryTransmit_TXE_BTF(hi2c)->HAL_I2C_MemTxCpltCallback(hi2c);

四、代码示例及详解

对于程序来说，与 I2C 设备的通信过程看似复杂，但实际上只是调用STM32 HAL库I2C函数的寄存器读写操作。

1.发送寄存器地址 向MPU6050的某个寄存器发送地址，以便后续读取该寄存器的内容。例如，who am i寄存器地址为0x75： uint8_t reg_addr = 0x75; // 目标寄存器地址（MPU6050的WHO_AM_I寄存器） uint8_t value; // 存储读取值的变量 // 发送寄存器地址（写操作），使用查询方式写 I2C 设备 HAL_I2C_Master_Transmit( &hi2c2, // 哪个控制器, 使用I2C2 (0x68 << 1), // 设备地址左移1位 &reg_addr, // 数据 buffer, 要写入的寄存器地址 1, // 数据长度1字节 1000 // 超时时间，单位是 Tick，一般是 1ms, 超时1秒 ); 2.读取寄存器值 现在我们可以从刚才指定的寄存器中读取数据了： // 调用 HAL_I2C_Master_Receive 函数，通过 I2C2 总线从从机地址为 0x68 的设备读取一个字节的数据到 value 变量中 HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c2, (0x68 << 1), &value, 1, 1000); // 调用 printf 函数，通过串口输出从 MPU6050 的 0x75 寄存器读取到的值 printf("HAL_I2C_Master_Receive the value of mpu6050 0x75 reg: 0x%X\r\n", value); // 将 value 变量清零，准备下一次读取 value = 0; HAL_Delay(3000); 3.使用中断模式 为了提高效率，我们还可以使用中断模式进行数据传输。以下是一个使用中断模式的示例： // 调用 HAL_I2C_Master_Transmit_IT 函数，以中断模式通过 I2C2 总线向从机地址为 0x68 的设备发送要读取的寄存器地址 HAL_I2C_Master_Transmit_IT(&hi2c2, (0x68 << 1), &reg_addr, 1); // 调用 Wait_I2C_Tx_Complete 函数，等待 I2C 发送操作完成 Wait_I2C_Tx_Complete(); // 调用 HAL_I2C_Master_Receive_IT 函数，以中断模式通过 I2C2 总线从从机地址为 0x68 的设备读取一个字节的数据到 value 变量中 HAL_I2C_Master_Receive_IT(&hi2c2, (0x68 << 1), &value, 1); // 调用 Wait_I2C_Read_Complete 函数，等待 I2C 读取操作完成 Wait_I2C_Read_Complete(); // 打印读取到的值 printf("HAL_I2C_Master_Receive_IT the value of mpu6050 0x75 reg: 0x%X\r\n", value); // 禁用 I2C2 总线的事件中断、缓冲区中断和错误中断 __HAL_I2C_DISABLE_IT(&hi2c2, I2C_IT_EVT | I2C_IT_BUF | I2C_IT_ERR); value = 0; HAL_Delay(3000); 4.完整示例代码,附件是源码 /* USER CODE BEGIN Header */ /** ****************************************************************************** * @file : main.c * @brief : Main program body ****************************************************************************** * @attention * * Copyright (c) 2025 STMicroelectronics. * All rights reserved. * * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file * in the root directory of this software component. * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS. * ****************************************************************************** */ /* USER CODE END Header */ /* Includes ------------------------------------------------------------------*/ #include "main.h" #include "i2c.h" #include "usart.h" #include "gpio.h" /* Private includes ----------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN Includes */ #include <string.h> /* USER CODE END Includes */ /* Private typedef -----------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PTD */ extern UART_HandleTypeDef huart1; extern I2C_HandleTypeDef hi2c2; /* USER CODE END PTD */ /* Private define ------------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PD */ /* USER CODE END PD */ /* Private macro -------------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PM */ /* USER CODE END PM */ /* Private variables ---------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PV */ /* USER CODE END PV */ /* Private function prototypes -----------------------------------------------*/ void SystemClock_Config(void); /* USER CODE BEGIN PFP */ void Wait_I2C_Read_Complete(void); static volatile uint8_t g_i2c_rx_flag; void Wait_I2C_Tx_Complete(void); static volatile uint8_t g_i2c_tx_flag; char *str= "I2C FUNCTIONS\r\n"; char c; /* USER CODE END PFP */ /* Private user code ---------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN 0 */ /* 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_USART1_UART_Init(); MX_I2C1_Init(); MX_I2C2_Init(); /* USER CODE BEGIN 2 */ /*举例函数的使用 HAL_I2C_Master_Transmit(); HAL_I2C_Master_Receive(); HAL_I2C_Master_Transmit_IT(); HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(); HAL_I2C_Master_Receive_IT(); HAL_I2C_MasterRxCpltCallback(); HAL_I2C_Mem_Write() HAL_I2C_Mem_Read() HAL_I2C_Mem_Write_IT(); HAL_I2C_Mem_Read_IT(); HAL_I2C_MasterRxCpltCallback(); */ HAL_UART_Transmit(&huart1,str,strlen(str),1000); uint8_t reg_addr =0x75;// 目标寄存器地址（MPU6050的WHO_AM_I寄存器） uint8_t value; // 存储读取值的变量 //发送寄存器地址（写操作）,使用查询方式写 I2C 设备、读 I2C 设备函数 HAL_I2C_Master_Transmit( &hi2c2, // 哪个控制器,使用I2C2 (0x68<<1), // 设备地址左移1位 &reg_addr, // 数据 buffer,要写入的寄存器地址 1, // 数据长度1字节 1000 // ,超时时间，单位是 Tick，一般是 1ms,超时1秒 ); //(0x68<<1)：将从机地址 0x68 左移一位，得到 0xD0（二进制 b11010000）。左移的目的是为了符合 I2C 通信协议中地址字节的格式，让最低位置0 // 调用 HAL_I2C_Master_Receive 函数，通过 I2C2 总线从从机地址为 0x68 的设备读取一个字节的数据到 value 变量中 HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c2, 0x68<<1,&value,1,1000); // 调用 printf 函数，通过串口输出从 MPU6050 的 0x75 寄存器读取到的值 printf("HAL_I2C_Master_Receive the value of mpu6050 0x75reg:0X%x\r\n",value); // 将 value 变量清零，准备下一次读取 value =0; HAL_Delay(3000); // 调用 HAL_I2C_Mem_Read 函数，通过 I2C2 总线从从机地址为 0x68 的设备的 0x75 寄存器读取一个字节的数据到 value 变量中 HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c2, (0x68<<1), reg_addr,1, &value, 1, 100); printf("HAL_I2C_Mem_Read the value of mpu6050 0x75reg:0X%x\r\n",value); value =0; HAL_Delay(3000); // 调用 HAL_I2C_Master_Transmit_IT 函数，以中断模式通过 I2C2 总线向从机地址为 0x68 的设备发送要读取的寄存器地址 HAL_I2C_Master_Transmit_IT(&hi2c2, 0x68<<1,&reg_addr,1); // 调用 Wait_I2C_Tx_Complete 函数，等待 I2C 发送操作完成 Wait_I2C_Tx_Complete(); // 调用 HAL_I2C_Master_Receive_IT 函数，以中断模式通过 I2C2 总线从从机地址为 0x68 的设备读取一个字节的数据到 value 变量中 HAL_I2C_Master_Receive_IT(&hi2c2, 0x68<<1,&value,1); // 调用 Wait_I2C_Read_Complete 函数，等待 I2C 读取操作完成 Wait_I2C_Read_Complete(); printf("HAL_I2C_Master_Receive_IT the value of mpu6050 0x75reg:0X%x\r\n",value); // 调用 __HAL_I2C_DISABLE_IT 宏，禁用 I2C2 总线的事件中断、缓冲区中断和错误中断 __HAL_I2C_DISABLE_IT(&hi2c2, I2C_IT_EVT | I2C_IT_BUF | I2C_IT_ERR); value =0; HAL_Delay(3000); // 调用 HAL_I2C_Mem_Read_IT 函数，以中断模式通过 I2C2 总线从从机地址为 0x68 的设备的 0x75 寄存器读取一个字节的数据到 value 变量中 HAL_I2C_Mem_Read_IT(&hi2c2, (0x68<<1), reg_addr,1, &value, 1); Wait_I2C_Read_Complete(); printf("HAL_I2C_Mem_Read_IT the value of mpu6050 0x75reg:0X%x\r\n",value); /* USER CODE END 2 */ /* Infinite loop */ /* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ } /* USER CODE END 3 */ } /** * @brief System Clock Configuration * @retval None */ void SystemClock_Config(void) { RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0}; RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0}; /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters * in the RCC_OscInitTypeDef structure. */ RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1; RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE; RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9; if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK) { Error_Handler(); } /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks */ RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2; RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1; RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2; RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1; if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } /* USER CODE BEGIN 4 */ void HAL_I2C_MasterTxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c) { if (hi2c->Instance == I2C2) { g_i2c_tx_flag = 1; } } void Wait_I2C_Tx_Complete(void) { while (g_i2c_tx_flag == 0); g_i2c_tx_flag = 0; } void HAL_I2C_MasterRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c) { if(hi2c->Instance == I2C2) { g_i2c_rx_flag=1; } } void HAL_I2C_MemRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef *hi2c) { if(hi2c->Instance == I2C2) { g_i2c_rx_flag=1; } } void Wait_I2C_Read_Complete(void) { while(0==g_i2c_rx_flag); g_i2c_rx_flag=0; } /* USER CODE END 4 */ /** * @brief This function is executed in case of error occurrence. * @retval None */ void Error_Handler(void) { /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */ /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */ __disable_irq(); while (1) { } /* USER CODE END Error_Handler_Debug */ } #ifdef USE_FULL_ASSERT /** * @brief Reports the name of the source file and the source line number * where the assert_param error has occurred. * @param file: pointer to the source file name * @param line: assert_param error line source number * @retval None */ void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line) { /* USER CODE BEGIN 6 */ /* User can add his own implementation to report the file name and line number, ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */ /* USER CODE END 6 */ } #endif /* USE_FULL_ASSERT */ 五、运行结果

打开串口助手,接收到数据

六、总结

通过本文的介绍，我们详细了解了如何使用 STM32 HAL 库中的 I2C 函数与 MPU6050 传感器进行通信。从确定从机地址，到使用各种 I2C 函数进行寄存器的读写操作，再到中断模式的使用和中断的禁用，每一个步骤都进行了详细的解释和代码示例。希望本文能帮助你快速掌握 STM32 HAL 库 I2C 函数的使用，仅供参考,有任何问题，欢迎在评论区留言讨论！