手把手带你趟过 i2c 的坑--问题总结与解决方式

Ernest2000

一般情况下， i2c 设备焊接没什么问题，按照设备手册一步步来，基本上就顺风顺水能够用起来。如果这么一个简单的东西，有时候想要的结果死活不出来，反复的检查问题的原因，查询解决办法，核查设备的数据手册，甚至发送和接收的每一条命令与数据都知道是什么意思，仍然无法解决问题，那该怎么办呢？

本文主要针对 i2c 设备，讲解如何解决 i2c 设备主机与从机直接无法正常数据交互的问题，侧重点是针对硬件设计不太合理、i2c 设备设计不标准导致总线故障的情况，并且通过分析现象，提出解决方案。对于在设备初始化中，没有设置相应的寄存器或者发送命令，而导致的无法获取想要的数据情况，不作详细介绍。

1 i2c 基本用法

i2c总线是一种简单、双向二线制同步串行总线。所有主机在SCL线上产生它们自己的时钟来传输I2C总线上的报文，SDA 线传输每个字节必须为 8 位，每次传输可以发送的字节数量不受限制，每个字节后必须跟一个响应位。在空闲状态时，SCL 与 SDA 均为高电平。

通常一些低功耗 i2c 设备，芯片引脚使用上拉输出即可满足与其正常数据交互，但是还有一些 i2c 设备，则需要在总线上外加一个上拉电阻，此时相应的 I/O 配置成开漏输出，其他的按照芯片手册进行标准配置。

2 硬件问题汇总2.1  无法正常拉高拉低引脚

首先确定 SDA 与SCL 引脚能够被拉高拉低，检测方式直接软件控制 I/O 口输出引脚低电平/高电平，测量引脚电压是否能够随着芯片引脚的设置输出相应的状态。

如果不能被拉低，检测虚焊、上拉电阻断开、i2c设备是否正常、芯片引脚是否损坏等问题，确保能够正常被拉高或者拉低。

2.2  电气特性无法满足

如果正常拉高拉低的情况下，依然无法正常读取数据。如果不考虑具体情况，就直接换电阻，逐渐换小阻值的电阻。如果需要详细知道原因，就具体查询 i2c 设备电气特性。

大多数 i2c 设备电气特性，大致下图所示

file://E:/document/i2c_solve_method/figures/clip_image001.png?lastModify=1561689369

通常这块内容在 i2c 设备电气特性这一块，主要讲解电平拉高拉低的最长时间、最短时间，以及处于高电平与电平的持续时间。

一般硬件设计，为了降低单片机的功耗与保护芯片引脚在单片机，上拉电阻一般建议常用阻值为4.7k。如果同一个总线上挂载多个 i2c 设备， 即使在 I/O 口配置正确的前提下，也会导致驱动能力不足，导致图2所示的问题

file://E:/document/i2c_solve_method/figures/clip_image003.png?lastModify=1561689369

图中两个问题通常还引起数据线与时钟线：拉高时，高电压持续时间过短；拉低时，低电压持续时间过短。用示波器抓取图形，从波形上看，显示是尖波、斜波、杂波等不符合 i2c 设备电气特性的波形；从数据上看，数据线高电平持续时间过小 ，上升沿时间过长 ，下降沿时间过长等等数据超出设备电气特性的有效值。

如果出现此类异常，建议更换小一点的电阻，但不应小于1kΩ（避免芯片引脚烧坏），用来增强总线驱动能力，提高电平转换速度。

3 SDA 死锁

如果i2c 设备的数据偶尔能够正确获取，但是仍然会在总线发送数据或者命令的时候，爆出总线读写错误，那么有可能遇到下面的死锁问题，死锁时候，就是数据线被拉低，主机无法拉高。死锁一般发生在从机上，且为数据线死锁。因为i2c总线是共享的，如果需要确定，是否是从机死锁，可以参照下面两幅图，串联电阻进行测试

file://E:/document/i2c_solve_method/figures/clip_image005.png?lastModify=1561689369

如上图所示，如果从机死锁，那么就是从机拉低电平，此时检测到的电压为 Vcc*（5/（10+5））。

file://E:/document/i2c_solve_method/figures/clip_image007.png?lastModify=1561689369

如上图所示，如果主机死锁，那么就是主机拉低电平，此时检测到的电压为 Vcc*（1/（10+1））。依据这个原理，可以准确判定死锁的具体位置，多个传感器依据类似方式进行定位。

3.1 反复重启导致死锁

如果设备需要反复重启，很有可能在从机设备返回数据的时候，SDA被锁住。具体原因是从机设备在回数据，还没有发送完成，主机时钟消失，从机等待时钟信号， MCU重启，如果从机设备的电源没有复位，从机继续等待 MCU 时钟信号，数据一直被钳住，总线无法完成数据交互。

解决重启导致总线死锁，一种方式可以如同 rt-thread 驱动解决方式一样，在系统复位的时候，提供9个时钟信号，解初总线死锁；另一种是在按下复位键初始化的时候，给从机设备电源断电重启，这个需要引脚控制。

3.2 多个i2c设备导致死锁

在一个i2c总线上挂载多个从机设备，可能有写传感器没有按照标准i2c协议进行设计，在数据总线上，有其从机地址就开始响应，导致SDA被锁。

解决方式，这样的不标准i2c设备，单独使用一个总线，避免干扰，或者单独一个独立引脚，控制电源。

来源于微信公众--- RTThread物联网操作系统

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