STM32學(xué)習(xí)筆記 | I2C通信容易出錯的情況

I2C：全稱為Inter-Integrated Circuit（內(nèi)部集成電路），是一種串行通訊總線，常用于嵌入式電子產(chǎn)品中。
I2C是飛利浦公司在1980年為了讓各種低速設(shè)備（飛利浦芯片）連接起來而研發(fā)的一種通信總線。目前，I2C依然是最常見的通信總線之一，現(xiàn)在絕大部分MCU都內(nèi)部集成了I2C控制器，STM32也不例外，至少有一個I2C控制器，有的型號甚至多達(dá)6個。

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STM32 I2C基礎(chǔ)內(nèi)容

I2C總線協(xié)議有多個版本，有的STM32遵循的是第2版本，有的是第3版本。所以，不同型號的 STM32 中I2C 可能存在一些差異，但基本功能相似。

1. 主從模式特性

主模式特性：

• 時鐘生成

• 起始位和停止位生成

從模式特性：

• 可編程 I2C地址檢測
• 雙尋址模式，可對 2 個從地址應(yīng)答
• 停止位檢測

2. 通信速度 標(biāo)準(zhǔn)速度：高達(dá) 100 kHz 快速速度：高達(dá) 400 kHz 超快速度：高達(dá) 1 MHz（第3版）
3.尋址模式

• 7 位尋址模式
• 10 位雙尋址模式
• 廣播呼叫地址

4.收發(fā)模式

• 從發(fā)送器
• 從接收器
• 主發(fā)送器
• 主接收器

這些都是STM32 I2C 的基礎(chǔ)功能，更多內(nèi)容請查閱芯片對應(yīng)的參考手冊。

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I2C 總線協(xié)議

I2C總線就兩根線：SCL時鐘信號，SDA數(shù)據(jù)信號。其中SCL由主機產(chǎn)生，SDA由主機或者從機產(chǎn)生。

I2C是同步串行通信，同一時間SDA只能由一個設(shè)備發(fā)送信號，也就是說它屬于半雙工通信。

I2C 總線協(xié)議可參考總線（SDA和SCL）的時序進(jìn)行理解：

通常包含：起始位、數(shù)據(jù)/地址、ACK、結(jié)束位。
1. 開始和停止 在時鐘線保持高的情況下， SDA數(shù)據(jù)線由高 -> 低：為總線開始條件； 在時鐘線保持高的情況下 ，SDA數(shù)據(jù)線由低 -> 高：為總線結(jié)束條件；
2. 地址 I2C地址分7位和10位。
7位地址：
10位地址：
3. 應(yīng)答（ACK） 應(yīng)答（ACK）和非應(yīng)答（NACK）發(fā)生在每個字節(jié)之后，是由接收方向發(fā)送方發(fā)出確認(rèn)信號，表明數(shù)據(jù)已成功接收，并且可以繼續(xù)發(fā)送下一字節(jié)數(shù)據(jù)。

I2C 總線協(xié)議更多內(nèi)容可參看：
https://zh.wikipedia.org/wiki/I2C https://www.nxp.com/docs/en/user-guide/UM10204.pdf

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STM32 I2C常見問題

I2C 總線通信，通常不會像CAN、USB這類總線添加一些復(fù)雜的（軟件）通信協(xié)議。I2C 雖然硬件和協(xié)議簡單，但在實際應(yīng)用中還是經(jīng)常出現(xiàn)各種問題。下面就來分析一下常見的問題。

問題一：IO模式不對

有些工程師對用于I2C 總線的GPIO不了解，寫驅(qū)動代碼時把總線（SDA、SCL）配置成推挽輸出模式，導(dǎo)致應(yīng)用上的異常。

I2C 總線是一種特殊的總線，因為多器件需共用總線，加上數(shù)據(jù)線需支持雙向通信。SDA要求開漏輸出模式。由于開漏無法直接輸出“高”時，需外加上拉電阻配合。

解決辦法：STM32的IO有8種應(yīng)用模式，如果你通過軟件模擬I2C，并將SDA配置為開漏輸出模式，配合上拉電阻。這往往適用于主模式器件。如果使用硬件I2C，則需要配置成開漏復(fù)用功能。建議使用STM32CubeMX工具配置底層初始化代碼。

問題二：總線電壓不匹配

I2C 總線電壓通常為3.3V或5V。有的I2C C總線上掛的設(shè)備比較多，有可能存在特殊電壓，比如2.5V，或者3.3V不兼容5V，就容易引起信號辨識錯誤導(dǎo)致總線通信失敗的情況。

解決辦法：如果存在電壓不匹配的情況，需要從硬件方面來解決，比如：通過專業(yè)轉(zhuǎn)換模塊。

問題三：軟件檢測死機

I2C 總線一般通過ACK信號來判斷總線的情況，STM32實現(xiàn)I2C 收發(fā)、檢測等操作是由內(nèi)部控制器自動完成。

然而由于一些外部因素，比如干擾信號、電壓不匹配等，容易引起總線上的信號不正常，從而導(dǎo)致檢測失敗，通信失敗。

解決辦法：解決這種因異常引起的死機，除了從硬件方面做調(diào)整外，也可以從軟件入手，常見的做法是添加超時處理機制，不要讓程序一直死等檢測應(yīng)答信號。

比方當(dāng)發(fā)送超時情形時，可以嘗試復(fù)位STM32 I2C外設(shè)或相關(guān)設(shè)備。

復(fù)盤一下

▼I2C 基礎(chǔ)內(nèi)容：主從模式特性、通信速度、尋址模式、收發(fā)模式； ▼I2C  總線協(xié)議：起始位、數(shù)據(jù)/地址、ACK、結(jié)束位； ▼I2C 常見問題：IO模式不對、總線電壓不匹配、軟件檢測死機
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