文章目录

  • 一、总线结构
  • 1.总线结构
  • 2.仲裁
  • 二、时序
  • 1.start信号和stop信号
  • 2.应答引号
  • 3.读写时序
  • （1）写时序
  • （2）读时序
  • 三、I2C挂死及解决方法
  • 1.I2C传输特点
  • 2.挂死的表现形式
  • 2.挂死原因
  • 3.解决方法
  • 参考


一、总线结构

1.总线结构

I2C两根总线SDA与SCL均为OD门，需要接上拉电阻，实现“线与”逻辑，其中上拉电阻Rp的取值有一定要求：

1.太小会导致灌入的电流太大，使数据不稳定，甚至损坏端口
2.太大会导致SCL/SDA信号上升过缓，不满足时序要求，数据传输出错

i2c通讯的restart信号_解决方法

2.仲裁

OD门，当MOS管开启时，线路被拉到地，输出逻辑0；当MOS管关闭时，线路悬浮被上拉电阻接到VDD，输出逻辑1
因此，当I2C总线上挂多个设备时，当各个设备SDA输出逻辑相同时，总线上的逻辑固定；当输出逻辑不相同时，输出逻辑为0的设备会抢到总线控制权，其实设备释放总线，发起stop信号。

二、时序

1.start信号和stop信号

（1）开始信号：SCL为高时，SDA由高变低（SDA拉低）
（2）结束信号：SCL为高时，SDA由低变高（SDA拉高）
（3）在传输数据时，SDA在SCL为低电平时改变数据，在高电平时保持不变
（4）SCL一般为master产生，当从机未准备好像主机发送数据，可通过将SCL拉低，使主机等待（位握手机制）

2.应答引号

当主机发送完8bit数据时，从机需要“告诉”主机此时自己接收情况
ACK信号：表示从机成功接收（该设计中取ACK信号为低电平）
NACK信号：表示从机未接收/接收失败（该设计中取NACK信号为高电平）

3.读写时序

（1）写时序

i2c通讯的restart信号_i2c通讯的restart信号_02

（2）读时序

i2c通讯的restart信号_嵌入式硬件_03

三、I2C挂死及解决方法

1.I2C传输特点

（1）I2C总线空闲时，SCL和SDA均为高电平
（2）start信号：当SCL为高时，SDA由高到低
（3）stop信号：当SCL为高时，SDA由低到高
（4）SCL为低时，SDA才能变化；SCL为高时，SDA保持稳定
（5）I2C从设备ack响应过程：从设备将SDA拉低，等待I2C主设备将SCL拉低之后“取走”ack信号，从机再释放SDA（由低变高）

2.挂死的表现形式

表现：SCL一直为高电平，SDA一直为低电平

2.挂死原因

（1）当主设备向从设备发起I2C访问，连续发起8个脉冲后SCL拉低，从设备将SDA拉低以响应主设备，如果此时主设备异常复位，SCL变为高电平；而从设备正常工作，I2C继续响应主设备，SDA一直为低电平，那么此时对于主设备而言，检测SDA为低电平，I2C被占用，等到I2C释放，对从设备而言，SDA为低电平，等待主设备将SCL拉低后结束应答，释放SDA。与是导致：主设备等到从设备释放SDA信号，从设备等待主设备拉低SCL信号以释放应答信号造成死锁。
（2）当主设备进行读操作时，I2C从设备应答后输出数据。如果此时主设备异常复位，而从设备正好输出数据0，也会导致I2C进入死锁状态

3.解决方法

（1）选择带复位的I2C从设备
（2）I2C程序中，检测到SDA低电平超过一定时间后，在SCL总线上产生9个时钟脉冲，第9bit为ack信号，使I2C从死锁中恢复出来
（3）对I2C设备设计看门狗功能

参考

I2C死锁及解决方法I2C总线的简单理解