為什么是開漏輸出?
I2C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,而用推挽輸出,會出現主設備之間短路的情況。所以,總線一般會使用開漏輸出。
為什么要接上拉電阻?
接上拉電阻是因為I2C通信需要輸出高電平的能力。一般開漏輸出無法輸出高電平,如果在漏極接上拉電阻,則可以進行電平轉換。
I2C由兩條總線SDA和SCL組成。連接到總線的器件的輸出級必須是漏極開路,都通過上拉電阻連接到電源,這樣才能夠實現“線與”功能。當總線空閑時,這兩條線路都是高電平。
上拉電阻阻值怎么確定?
一般而言,IO端口的驅動能力在2mA~4mA量級。 阻值不能過小。
功耗問題。如果上拉阻值過小,VDD灌入端口的電流將較大,功耗會很大,導致端口輸出的低電平值增大(I2C協議規定,端口輸出低電平的最高允許值為0.4V)。故通常上拉電阻應選取不低于1K的電阻(當VDD=3V時,灌入電流不超過3mA)。
阻值不能過大。 速度問題。它取決于上拉電阻和線上電容形成的RC延時,RC延時越大,波形越偏離方波趨向于正弦波,數據讀寫正確的概率就越低,所以上拉電阻不能過大。 I2C總線上的負載電容不能超過400pF。當I2C總線上器件逐漸增多時,總線負載電容也相應增加。當總的負載電容大于400pF時,就不能可靠的工作。這也是I2C的局限性。
建議上拉電阻可選用1.5K,2.2K,4.7K。
I2C總線基本操作
根據I2C總線規范,總線空閑時兩根線都必須為高。假設主設備A需要啟動I2C,他需要在SCL高電平時,將SDA由高電平轉換為低電平作為啟動信號。
主設備A在把SDA拉高后,它需要再檢查一下SDA的電平。
為什么? 因為線與,如果主設備A拉高SDA時,已經有其他主設備將SDA拉低了,由于 1 & 0 = 0 那么主設備A在檢查SDA電平時, 會發現不是高電平,而是低電平。說明其他主設備搶占總線的時間比它早,主設備A只能放棄占用總線。如果SDA是高電平,說明主設備A可以占用總線,然后主設備A將SDA拉低,開始通信。
因此,模擬I2C一定要將GPIO端口設置為開漏輸出并加上拉電阻。
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原文標題:嵌入式開發之IIC通訊為什么要加上拉電阻?
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