软件模拟I2C和硬件直接驱动I2C读取TCA95系列I2C转IO芯片分析

星火嵌入式2024-10-22 12:03

问题描述：

软件读取I2C转IO信号跳变，低电平时能读到高电平信号，高电平时能读到低电平信号，正确信号和错误信号的比值约10:1。

原因分析：

I2C芯片的驱动底层采用了软件模拟实现，没有防错机制，读取结果不确定。

解决方法：

修改I2C芯片驱动，改软件模拟I2C为硬件外设驱动。同时对读取的信号进行连续判读，消除读取的抖动。

详细分析：

软件模拟I2C的逻辑分析仪采样如下，可见时钟信号分布不均匀，对SDA信号的采样实际是依赖GPIO单次采样判断输入信号，无滤波处理时容易抖动。

c 复制代码

//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{					     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	//使能GPIOB时钟
	   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); 	//PB6,PB7 输出高
}
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
	{
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(2);
		IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
		delay_us(1); 
    }					 
    if (!ack)
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}

硬件I2C的逻辑分析仪采样如下，可见时钟信号分布均匀，对SDA信号的采样实际是依赖I2C外设判断输入信号，外设自带滤波处理能消除抖动。

而且软件模拟I2C需要占用CPU时间，一次通信约有数百微秒延时，硬件I2C则可以采用中断、DMA等方式做到无延时，释放CPU性能。