STM32L452 I2C 时钟延展关闭：通信异常解决与 Combined 模式应用

在 STM32L452 作为 I2C 从机的开发场景中，常出现 “与部分主机（如 FPGA）通信异常，与标准设备（如交换机）通信正常” 的问题。核心原因是 I2C 时钟延展功能的兼容性差异 —— 部分主机不支持该功能，导致 SCL 时序采样错误。本文基于 ST 官方 LAT1323 应用笔记，从问题根源、时钟延展关闭配置、OVR 错误解决到实操要点，系统拆解解决方案，助力快速实现稳定通信。

1. 核心问题：时钟延展功能的兼容性冲突

1.1 问题场景与现象

• 硬件配置：STM32L452 作为 I2C 从机，连接两种主机 —— 交换机（正常通信）、FPGA 测试机（通信异常）；
• 关键现象：FPGA 作为主机时，I2C 波形的第 9 个 SCL 时钟脉宽变窄，且低电平时长变长（周期不变），导致主机固定频率采样 SDA 数据时出错；
• 初步排查：调整 I2C 的 Data setup time 和 Data hold time，仅能改变整体脉宽，无法解决通信异常。

1.2 根源分析：时钟延展功能的适配差异

• 时钟延展功能本质：I2C 从机可通过拉低 SCL 信号，请求主机延长时钟周期，为从机处理数据争取时间（默认开启）；
• 冲突核心：FPGA 主机不支持时钟延展功能，未检测 SCL 被拉低的实际电平，仍按固定频率采样，导致数据读取错误；
• 解决方向：主机端无法修改，需让 STM32L452 从机关闭时钟延展功能，确保 SCL 时序不被主动拉低。

2. 第一步：关闭时钟延展功能的配置方法

2.1 核心配置逻辑

2.2 代码配置示例（STM32Cube 库）

// I2C初始化结构体配置
I2C_HandleTypeDef hi2c1;

void MX_I2C1_Init(void) {
  hi2c1.Instance = I2C1;
  hi2c1.Init.Timing = 0x00707CBB; // 按实际需求配置时序
  hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0x08;  // 从机地址
  hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
  hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
  hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
  hi2c1.Init.OwnAddress2Masks = I2C_OA2_NOMASK;
  hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
  hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_ENABLE; // 关闭时钟延展功能
  hi2c1.Init.DigitalFilter = 0;
  hi2c1.Init.AnalogFilter = I2C_ANALOGFILTER_ENABLE;
  
  if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

2.3 配置验证

• 时序变化：SCL 信号不再被从机主动拉低，脉宽稳定，与主机时序匹配；
• 注意事项：配置后需重新测试通信，若出现多发送 0xFF 的现象，需进一步解决 OVR 错误。

3. 关键问题：关闭时钟延展后的 OVR 错误与解决

3.1 OVR 错误成因

• 接收阶段：新字节接收时，RXDR 寄存器未被读取，新数据丢失，自动返回 NACK；
• 发送阶段：
  1. STOPF 标志未清除时启动首次数据发送，若 TXDR 寄存器为空则发送 0xFF；
  2. 新字节需发送时，TXDR 寄存器未提前写入数据，触发欠载错误，发送 0xFF。

3.2 解决方案：Combined 模式提前填充数据

（1）Combined 模式原理

• 主机通信流程：先发送 “从机地址 + 写命令”（传递数据请求）→ 发送 Repeat Start→ 再发送 “从机地址 + 读命令”→ 接收从机数据；
• 从机优势：在主机发送 Repeat Start 前（写命令阶段），即可根据接收的命令内容，提前填充 TXDR 寄存器的第一个发送数据，避免发送阶段 TXDR 为空。

（2）实操流程示例（3 字节数据发送）

（3）关键代码要点

• 使能 I2C 中断（TXIS、STOPF），在中断中处理数据填充；
• 写命令阶段接收主机指令后，立即填充首个发送数据；
• 发送阶段通过 TXIS 中断依次填充后续数据，确保 TXDR 非空。

4. 核心总结：关闭时钟延展的完整落地流程

1. 配置关闭时钟延展：I2C 初始化时设置NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_ENABLE；
2. 启用 Combined 模式：主机采用 “写命令 + 读数据” 的组合格式，从机提前准备首个数据；
3. 中断处理优化：使能 TXIS、STOPF 中断，确保发送阶段 TXDR 寄存器持续有有效数据；
4. 验证时序：通过示波器确认 SCL 脉宽稳定，无异常拉低，数据收发无 0xFF 冗余字节。

5. 避坑关键要点

• 时钟延展关闭后，从机无缓冲时间，必须提前准备数据，否则必触发 OVR 错误；
• Combined 模式是解决 OVR 错误的核心，不可直接关闭时钟延展后不调整通信格式；
• 若主机不支持 Combined 模式，需协调主机端适配，或更换支持时钟延展的主机设备；
• 中断优先级需合理配置，避免数据填充不及时导致的错误。