最近在調ICM20602模塊(一個六軸陀螺儀和加速度計), 使用IIC通信協議, 這個過程中遇到一個困擾我很長時間的問題.
IIC協議正確, 但是一直讀取失敗.最後發現因爲沒配置GPIO爲開漏輸出.
推輓輸出和開漏輸出
- 推輓輸出: 輸出邏輯0，則N-MOS激活；輸出邏輯1，P-MOS激活。
- 開漏輸出:
- 在不接上拉電阻時, 輸出邏輯0，則N-MOS激活；輸出邏輯1，P-MOS不會激活, 不會輸出高電平。
- 在接上拉電阻時, 輸出邏輯0，則N-MOS激活；輸出邏輯1，P-MOS激活, 可以輸出高電平。
也就是說開漏輸出如果不接上拉電阻, 沒有輸出高電平的能力.
如果需要開漏輸出有輸出高電平的能力需要接一個上拉電阻. 目前很多單片機GPIO可以通過軟件配置上拉電阻.
左圖爲開漏輸出(接上拉電阻), 右圖爲推輓輸出
開漏輸出的作用
- 防止短路: 在一些情況下(比如總線), 多個GPIO口可能會連接在同一根線上, 存在某個GPIO輸出高電平, 另一個GPIO輸出低電平的情況. 如果使用推輓輸出, 你會發現這個GPIO的VCC和另一個GPIO的GND接在了一起, 也就是短路了(涼涼了). 如果換成開漏輸出呢? VCC和GND多了個電阻, 這樣電路就是安全的.所以總線一般會使用開漏輸出.
VCC與GND連到了一起
- 線與: 開漏輸出還能實現 線與 (自行百度), 減少一個與門, 簡化電路.
IIC爲什麼用開漏輸出和上拉電阻
其實知道了開漏輸出的作用, 這個問題不難回答
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IIC協議支持多個主設備與多個從設備在一條總線上, 如果不用開漏輸出, 而用推輓輸出, 會出現主設備之間短路的情況. 至於爲什麼需要上拉電阻, 那是因爲IIC通信需要輸出高電平的能力.
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爲了實現多個主設備搶佔總線時的仲裁.
IIC只有兩根線(SCL和SDA), 怎麼判斷哪個主設備佔用總線(當然是先來後到了). 假設主設備A需要啓動IIC, 他需要在SCL高電平時, 將SDA由高電平轉換爲低電平作爲啓動信號. 主設備A在把SDA拉高後, 它需要再檢查一下SDA的電平.
- SDA是高電平, 說明主設備A可以佔用總線, 然後主設備A將SDA拉低, 開始通信.
- SDA是低電平, 說明有人已經捷足先登了, 主設備A不能佔用總線, 結束通信.
爲什麼? 因爲線與. 如果主設備A拉高SDA時, 已經有其他主設備將SDA拉低了. 由於 1 & 0 = 0 那麼主設備A在檢查SDA電平時, 會發現不是高電平, 而是低電平. 說明其他主設備搶佔總線的時間比它早, 主設備A只能放棄佔用總線. 如果是高電平, 則可以佔用.
這就是開漏輸出在IIC通信中的另一個作用.
因此, 模擬IIC一定要將GPIO端口設置爲開漏輸出並加上上拉電阻.(硬件IIC會自動配置爲開漏輸出)