開漏輸出在IIC通信中的作用

最近在調(diào)ICM20602模塊(一個六軸陀螺儀和加速度計(jì)), 使用IIC通信協(xié)議, 這個過程中遇到一個困擾我很長時(shí)間的問題。

IIC協(xié)議正確, 但是一直讀取失敗.最后發(fā)現(xiàn)因?yàn)闆]配置GPIO為開漏輸出。

推挽輸出和開漏輸出

推挽輸出: 輸出邏輯0，則N-MOS激活;輸出邏輯1，則P-MOS激活。

開漏輸出:在不接上拉電阻時(shí), 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(shí), 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(jī)GPIO可以通過軟件配置上拉電阻.

左圖為開漏輸出(接上拉電阻), 右圖為推挽輸出

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. 如果使用推挽輸出, 你會發(fā)現(xiàn)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.

線與: 開漏輸出還能實(shí)現(xiàn) 線與 (自行百度), 減少一個與門, 簡化電路.

IIC為什么用開漏輸出和上拉電阻

IIC協(xié)議支持多個主設(shè)備與多個從設(shè)備在一條總線上, 如果不用開漏輸出, 而用推挽輸出, 會出現(xiàn)主設(shè)備之間短路的情況.

至于為什么需要上拉電阻, 那是因?yàn)镮IC通信需要輸出高電平的能力.

為了實(shí)現(xiàn)多個主設(shè)備搶占總線時(shí)的仲裁.IIC只有兩根線(SCL和SDA), 怎么判斷哪個主設(shè)備占用總線(當(dāng)然是先來后到了).

假設(shè)主設(shè)備A需要啟動IIC, 他需要在SCL高電平時(shí), 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。

為什么? 因?yàn)榫€與. 如果主設(shè)備A拉高SDA時(shí), 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(shí), 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(shí)間比它早, 主設(shè)備A只能放棄占用總線. 如果是高電平, 則可以占用。

這就是開漏輸出在IIC通信中的另一個作用。

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.

因此, 模擬IIC一定要將GPIO端口設(shè)置為開漏輸出并加上上拉電阻.(硬件IIC會自動配置為開漏輸出)。

原文標(biāo)題：IIC為什么需要用開漏輸出和上拉電阻?

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審核編輯：湯梓紅