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

IIC協(xié)議正確，但是一直讀取失敗，最后發(fā)現(xiàn)因為沒配置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, 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。

如上，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。

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:

開漏輸出還能實現(xiàn)線與，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, 那是因為IIC通信需要輸出高電平的能力。

為了實現(xiàn)多個主設(shè)備搶占總線時的仲裁，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, 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? 因為線與. 如果主設(shè)備A拉高SDA時, 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, 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。

審核編輯：湯梓紅