01概述

在之前的文章中《I2C基礎(chǔ)原理及協(xié)議》中詳細講解了IIC協(xié)議，并且使用是NXP的官方手冊，demo示例使用IIC讀取RTC芯片，運行正常，沒有任何問題。并且更新了《IIC踩過的坑》，講述了在使用IIC讀取RTC芯片時遇到的問題，并成功解決。

我以為我已經(jīng)完全學(xué)會了IIC，但現(xiàn)實卻打了臉，我在使用《STM32IIC詳解》文中的IIC驅(qū)動，去驅(qū)動MPU6050時，總是讀取失敗。這個驅(qū)動明明是驗證過的，為什么會有問題。讓我一度很是郁悶。

02問題

不賣關(guān)子，直接說問題，是我之前的IIC驅(qū)動有問題。

問題1：

錯誤將CLK信號GPIO設(shè)置為推挽輸出。應(yīng)該設(shè)置為開漏輸出。

問題2：

讀取函數(shù)有bug。1處應(yīng)該先左移再讀取SDA的數(shù)據(jù)，然后刪除2處的數(shù)據(jù)。

問題2：這個就是純粹的bug了，大家應(yīng)該看出來了。在RTC的驅(qū)動沒有觸發(fā)bug的原因是：在RTC的IIC接收數(shù)據(jù)中，實際應(yīng)用中最高位為0，觸發(fā)不了這個bug。而在MPU6050的IIC接收數(shù)據(jù)中就觸發(fā)了這個bug。我也在感慨，有時候不是程序沒有bug，而是可能沒有觸發(fā)。

問題1：這個問題，其實很簡單，IIC協(xié)議中也提到過，很多大神也知道需要將MCU的IIC引腳設(shè)置為開漏輸出。這一方面我也了解，但是沒有在意，因為一直讀取RTC一直“沒有bug”。接下來我將細細和大家分享一下IIC為什么需要開漏輸出，開漏輸出和推挽輸出有什么區(qū)別。精通的大佬可以出門左轉(zhuǎn)了，想了解一下的同學(xué)歡迎繼續(xù)往下看。

03開漏輸出

STM32F207的GPIO框圖如下

普通輸入模式下，上拉和下拉電阻（微弱）的存在。主要是由于P-MOS和N-MOS的存在分為下列兩種模式

開漏模式：輸出寄存器是 0 時，激活 N-MOS，而輸出寄存器是 1 時，端口保持高阻態(tài)（P-MOS 不會被使能）

推挽輸出：輸出寄存器是 0 時，激活 N-MOS，而輸出寄存器是 1 時，激活 P-MOS。

上面是我的在文章《STM32 GPIO詳解》中的說明，GPIO的其他模式請看文章《STM32 GPIO詳解》。上文說到開漏模式輸出1時，端口保持高阻態(tài)，這個時候如果端口外上拉電阻，就可以輸出電平1。

開漏輸出的作用：

1：防止短路，在一些應(yīng)用中，兩個GPIO鏈接在一起（中間沒有串電阻），或者在總線應(yīng)用中，需要將MCU的多個GPIO連接在一起。如果都設(shè)置成推挽輸出，當(dāng)一個GPIO輸出1，另一個輸出0，那么就短路了，直接涼涼。如下圖

如果換成開漏輸出，GPIO的高電平是靠上拉電阻的，也就是VCC和GND之間會有個電阻，不會出現(xiàn)短路的問題。這樣的電路就安全一些，所以部分總線采用開路輸出。

2：線與：開漏輸出還能實現(xiàn)線與，減少一個與門，簡化電路。這個問題下文講到。

04開漏輸出在IIC的應(yīng)用

IIC為什么需要開漏輸出，除了上文說的到的防止短路，還有一個重要的因素就是線與。

首先我們先說一下線與功能：

線與邏輯，即兩個輸出端（包括兩個以上）直接互連就可以實現(xiàn)“AND”的邏輯功能。在總線傳輸?shù)葘嶋H應(yīng)用中需要多個門的輸出端并聯(lián)連接使用，而一般TTL門輸出端并不能直接并接使用，否則這些門的輸出管之間由于低阻抗形成很大的短路電流（灌電流），而燒壞器件。

在硬件上，可用集電極開路門（OC門）或三態(tài)門（TS門）來實現(xiàn)。用OC門實現(xiàn)線與，應(yīng)同時在輸出端口加一個上拉電阻。

上面是數(shù)電知識，我的個人簡單理解是：就是a，b兩條線，兩端接一塊做輸出，另兩端做輸入。如果輸入都是高電平，那輸出就是高電平，否則輸出就是低電平。

那么線與在IIC中的應(yīng)用是什么呢？

答案是：多主設(shè)備搶占總線的仲裁。

在之前IIC讀取RTC或IIC讀取MPU6050的情況，都是一個主機，一個從機。但IIC設(shè)計中可以支持多主機模式，那么就面臨一個問題，當(dāng)多個主機同時啟動總線時，如果仲裁的問題。線與邏輯就起到了作用。

假設(shè)主設(shè)備A需要啟動IIC，它需要在SCL高電平時，將SDA由高電平轉(zhuǎn)換為低電平作為啟動信號。主設(shè)備A在把SDA拉高后，它需要再檢查一下SDA的電平。

SDA是高電平，說明主設(shè)備A可以占用總線，然后主設(shè)備A將SDA拉低，開始通信。

SDA是低電平，說明有人已經(jīng)捷足先登了，主設(shè)備A不能占用總線，結(jié)束通信。

如果主設(shè)備A拉高SDA時，已經(jīng)有其他主設(shè)備將SDA拉低了。由于1 & 0 = 0 那么主設(shè)備A在檢查SDA電平時，會發(fā)現(xiàn)不是高電平，而是低電平，說明其他主設(shè)備搶占總線的時間比它早，設(shè)備A只能放棄占用總線。如果是高電平， 則可以占用。

這就是IIC通信開漏輸出的原因。上拉電阻的原因就是由于開漏輸出的特性，需要上拉電阻在輸出1時，提高驅(qū)動力。

05最后補充

最后說一下為什么之前使用推挽輸出的IIC讀取RTC沒有問題，這個因為上拉電阻的阻值不同，RTC的上拉電阻即使推挽輸出也可以正常拉高拉低電平。這個根據(jù)上文講述的，可以查MCU的datasheet，確認(rèn)IO的PMOS和NMOS的阻抗，計算一下電壓。

還有一個簡單粗暴的辦法，直接使用示波器看波形也可以發(fā)現(xiàn)問題。