I²C:全称为Inter-Integrated Circuit(内部集成电路),是一种串行通讯总线,常用于嵌入式电子产品中。
I²C是飞利浦公司在1980年为了让各种低速设备(飞利浦芯片)连接起来而研发的一种通信总线。目前,I²C依然是最常见的通信总线之一,现在绝大部分MCU都内部集成了I²C控制器,STM32也不例外,至少有一个I²C控制器,有的型号甚至多达6个。
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STM32 I2C基础内容
I²C总线协议有多个版本,有的STM32遵循的是第2版本,有的是第3版本。所以,不同型号的 STM32 中I²C 可能存在一些差异,但基本功能相似。
1. 主从模式特性
主模式特性:
时钟生成
起始位和停止位生成
从模式特性:
双寻址模式,可对 2 个从地址应答
停止位检测
2. 通信速度标准速度:高达 100 kHz快速速度:高达 400 kHz超快速度:高达 1 MHz(第3版)
3.寻址模式
7 位寻址模式
10 位双寻址模式
广播呼叫地址
4.收发模式
从发送器
从接收器
主发送器
主接收器
这些都是STM32 I²C 的基础功能,更多内容请查阅芯片对应的参考手册。
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I2C 总线协议
I²C总线就两根线:SCL时钟信号,SDA数据信号。其中SCL由主机产生,SDA由主机或者从机产生。
I²C是同步串行通信,同一时间SDA只能由一个设备发送信号,也就是说它属于半双工通信。
I²C 总线协议可参考总线(SDA和SCL)的时序进行理解:
通常包含:起始位、数据/地址、ACK、结束位。
1. 开始和停止在时钟线保持高的情况下,SDA数据线由高 -》 低:为总线开始条件;在时钟线保持高的情况下,SDA数据线由低 -》 高:为总线结束条件;
2. 地址I2C地址分7位和10位。
7位地址:
10位地址:
3. 应答(ACK)应答(ACK)和非应答(NACK)发生在每个字节之后,是由接收方向发送方发出确认信号,表明数据已成功接收,并且可以继续发送下一字节数据。
I2C 总线协议更多内容可参看:https://zh.wikipedia.org/wiki/I²Chttps://www.nxp.com/docs/en/user-guide/UM10204.pdf
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STM32 I2C常见问题
I²C 总线通信,通常不会像CAN、USB这类总线添加一些复杂的(软件)通信协议。I²C 虽然硬件和协议简单,但在实际应用中还是经常出现各种问题。下面就来分析一下常见的问题。
问题一:IO模式不对
有些工程师对用于I²C 总线的GPIO不了解,写驱动代码时把总线(SDA、SCL)配置成推挽输出模式,导致应用上的异常。
I²C 总线是一种特殊的总线,因为多器件需共用总线,加上数据线需支持双向通信。SDA要求开漏输出模式。由于开漏无法直接输出“高”时,需外加上拉电阻配合。
解决办法:STM32的IO有8种应用模式,如果你通过软件模拟I²C,并将SDA配置为开漏输出模式,配合上拉电阻。这往往适用于主模式器件。如果使用硬件I²C,则需要配置成开漏复用功能。建议使用STM32CubeMX工具配置底层初始化代码。
问题二:总线电压不匹配
I²C 总线电压通常为3.3V或5V。有的I²C C总线上挂的设备比较多,有可能存在特殊电压,比如2.5V,或者3.3V不兼容5V,就容易引起信号辨识错误导致总线通信失败的情况。
解决办法:如果存在电压不匹配的情况,需要从硬件方面来解决,比如:通过专业转换模块。
问题三:软件检测死机
I²C 总线一般通过ACK信号来判断总线的情况,STM32实现I²C 收发、检测等操作是由内部控制器自动完成。
然而由于一些外部因素,比如干扰信号、电压不匹配等,容易引起总线上的信号不正常,从而导致检测失败,通信失败。
解决办法:解决这种因异常引起的死机,除了从硬件方面做调整外,也可以从软件入手,常见的做法是添加超时处理机制,不要让程序一直死等检测应答信号。
比方当发送超时情形时,可以尝试复位STM32 I2C外设或相关设备。
复盘一下▼I²C 基础内容:主从模式特性、通信速度、寻址模式、收发模式;▼I²C 总线协议:起始位、数据/地址、ACK、结束位;▼I²C 常见问题:IO模式不对、总线电压不匹配、软件检测死机
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责任编辑:lq
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原文标题:STM32学习笔记 | I2C通信容易出错的情况
文章出处:【微信号:strongerHuang,微信公众号:strongerHuang】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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