一个判断 I2C 总线通信异常原因的方法

文章介绍了如何通过示波器检查I2C总线通信异常,强调了主机和从机低电平电压差异、电阻配置对通信的影响。针对STM32F4xxx的I2C总线挂起异常,提出了复位外设和初始化端口的处理方法。同时讨论了I2C死锁情况及相应的恢复技巧,包括主从设备间的同步问题和死锁预防。

一个判断 I2C 总线通信异常原因的方法

 

参考链接

【经验分享】一个判断 I2C 总线通信异常原因的方法 (stmicroelectronics.cn)icon-default.png?t=N7T8https://shequ.stmicroelectronics.cn/thread-633302-1-1.html

至于如何在i2c总线中如何使用还没有弄明白。后续再看。

使用方法记录

阻值分配

图中的倍数关系很重要。

注意上图中低电平分压为三分之一

上图中低电平分压为十一分之一

总结:

①  需要使用示波器查看,不能使用逻辑分析仪。

②  从机和主机的差别再低电平电压不同。

③  如果从机没有回复则没有那个1/3电压的存在。

④  必须是主机边串联的电阻阻值较小。否则从机收到的低电平电压太高不无法判断为有效信号。

⑤  图中的10R是倍数关系,不是10Ω电阻。(实际使用可以考虑4.7K和470Ω的组合进行使用用)

实际使用电阻使用ttl的0.8v下限计算所得的电路如下图(图中不再是1/3  和1/11 )

从器件时24%  主器件时12%  当然此组阻值是在3.3v供电条件下的阻值分布方案。(从理论:如果都正确的化下面的电路时可以正常通信的) 而此组阻值都是常见阻值电阻比较容易获得。

 计算表格如上图。

补充使用记录

STM32F4xxx的I2C总线挂起异常处理

 

 

 

 参考链接【实战经验】STM32F4xxx的I2C总线挂起异常处理 - STM32/STM8单片机论坛 - ST MCU意法半导体官方技术支持论坛 - 21ic电子技术开发论坛icon-default.png?t=N7T8https://bbs.21ic.com/icview-1656548-1-1.html#:~:text=%E5%A4%84%E7%90%86%E6%96%B9%E6%B3%95,%E5%BD%93%E5%87%BA%E7%8E%B0%E4%B8%8A%E8%BF%B0%E5%BC%82%E5%B8%B8%E6%97%B6%EF%BC%8C%E5%86%99I2C%E5%A4%96%E8%AE%BE%E5%AF%84%E5%AD%98%E5%99%A8%E6%96%B9%E6%B3%95%E5%B0%86%E4%B8%8D%E8%B5%B7%E4%BD%9C%E7%94%A8%EF%BC%8CI%2FO%E7%AB%AF%E5%8F%A3%E4%BA%A7%E7%94%9F%E4%B8%8D%E4%BA%86%E9%9C%80%E8%A6%81%E9%80%80%E5%87%BA%E7%9A%84%E6%B3%A2%E5%BD%A2%EF%BC%8C%E5%8F%AA%E8%83%BD%E9%80%9A%E8%BF%87I%2FO%E5%8F%A3%E5%BC%BA%E6%8B%89%E6%95%88%E6%9E%9C%E9%80%80%E5%87%BA%EF%BC%8C%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E6%9C%89%E4%B8%A4%E7%A7%8D%E6%96%B9%E6%B3%95%E8%BF%9B%E8%A1%8C%E5%A4%84%E7%90%86%EF%BC%9A%20%E6%96%B9%E6%B3%95%E4%B8%80%EF%BC%9A%E5%BD%93%E5%87%BA%E7%8E%B0%E5%BC%82%E5%B8%B8%E6%80%BB%E7%BA%BF%E5%8D%A0%E7%94%A8%E6%97%B6%EF%BC%8C%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E5%A4%8D%E4%BD%8DI2C%E5%A4%96%E8%AE%BE%EF%BC%8C%E4%BB%A5%E5%8F%8A%E9%87%8D%E6%96%B0%E5%88%9D%E5%A7%8B%E5%8C%96I2C%E7%AB%AF%E5%8F%A3%EF%BC%8CI%2FO%E5%8F%A3%E9%85%8D%E7%BD%AE%E4%B8%BA%E4%B8%8A%E6%8B%89%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E7%9A%84%EF%BC%8C%E4%BA%A7%E7%94%9F%E8%99%9A%E6%8B%9F%E7%9A%84STOP%E6%B3%A2%E5%BD%A2%EF%BC%9B%E6%AD%A4%E6%97%B6%E5%9B%A0%E4%B8%BAMCU%E7%AB%AF%E5%8F%A3%E7%9A%84%E5%BC%BA%E6%8B%89%E4%BD%9C%E7%94%A8%EF%BC%8C%E5%B0%86%E4%BA%A7%E7%94%9F%E4%B8%80%E4%B8%AA%E7%B1%BB%E4%BC%BC%E4%BA%8ESTOP%E7%9A%84I2C%E9%80%80%E5%87%BA%E6%95%88%E6%9E%9C%EF%BC%9B

I2C死锁及恢复方法

 

参考链接

I2C死锁及恢复方法 - 知乎 (zhihu.com)icon-default.png?t=N7T8https://zhuanlan.zhihu.com/p/218202643#:~:text=1.%E4%B8%BB%E8%AE%BE%E5%A4%87%E5%9C%A8%E6%A3%80%E6%B5%8B%E5%88%B0SDA%E8%A2%AB%E6%8B%89%E4%BD%8E%E8%B6%85%E8%BF%87%E4%B8%80%E6%AE%B5%E6%97%B6%E9%97%B4%E5%90%8E%EF%BC%8C%E4%B8%BB%E5%8A%A8%E5%A4%8D%E4%BD%8D%E4%BB%8E%E8%AE%BE%E5%A4%87%E4%BB%8E%E8%80%8C%E4%BD%BF%E4%B9%8B%E9%87%8A%E6%94%BESDA%E3%80%82%20%E8%BF%99%E7%A7%8D%E6%96%B9%E6%B3%95%E7%9A%84%E5%89%8D%E6%8F%90%E6%98%AF%E4%BB%8E%E8%AE%BE%E5%A4%87%E6%9C%89%E5%A4%8D%E4%BD%8D%E5%BC%95%E8%84%9A%EF%BC%8CMCU%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E6%8E%A7%E5%88%B6%E4%BB%8E%E8%AE%BE%E5%A4%87%E7%9A%84%E5%A4%8D%E4%BD%8D%E5%BC%95%E8%84%9A%E4%BD%BF%E4%B9%8B%E5%A4%8D%E4%BD%8D%E3%80%82%202.%E4%B8%BB%E8%AE%BE%E5%A4%87%E5%9C%A8%E6%A3%80%E6%B5%8B%E5%88%B0SDA%E8%A2%AB%E6%8B%89%E4%BD%8E%E8%B6%85%E8%BF%87%E4%B8%80%E6%AE%B5%E6%97%B6%E9%97%B4%E5%90%8E%EF%BC%8C%E6%8E%A8%E9%80%819%E4%B8%AAClock%E5%88%B0%E6%97%B6%E9%92%9F%E6%80%BB%E7%BA%BF%E4%B8%8A%EF%BC%8C%E5%8F%96%E8%B5%B0%E4%BB%8E%E8%AE%BE%E5%A4%87%E7%9A%84ACK%E4%BD%8D%E4%BB%8E%E8%80%8C%E4%BD%BF%E4%BB%8E%E8%AE%BE%E5%A4%87%E9%87%8A%E6%94%BESDA%E4%B8%BA%E9%AB%98%E7%94%B5%E5%B9%B3%E3%80%82,3.%E5%9C%A8%E4%B8%BB%E4%BB%8E%E8%AE%BE%E5%A4%87%E4%B9%8B%E9%97%B4%E4%B8%B2%E8%81%94%E4%B8%80%E4%B8%AAI2C%E7%BC%93%E5%86%B2%E5%99%A8%EF%BC%8C%E8%AF%A5%E7%BC%93%E5%86%B2%E5%99%A8%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E8%87%AA%E5%8A%A8%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%AD%BB%E9%94%81%E7%8A%B6%E6%80%81%E3%80%82%20%E5%BD%93%E6%A3%80%E6%B5%8B%E5%88%B0%E6%AD%BB%E9%94%81%E6%97%B6%E4%BC%9A%E4%B8%BB%E5%8A%A8%E6%96%AD%E5%BC%80%E4%B8%8E%E4%B8%BB%E8%AE%BE%E5%A4%87%E7%9A%84%E8%BF%9E%E6%8E%A5%EF%BC%8C%E5%B9%B6%E5%8F%91%E9%80%819%E4%B8%AAClock%E7%BB%99%E4%BB%8E%E8%AE%BE%E5%A4%87%EF%BC%8C%E7%AD%89%E4%BB%8E%E8%AE%BE%E5%A4%87%E9%87%8A%E6%94%BESDA%E7%BA%BF%E5%90%8E%E4%BB%8E%E6%96%B0%E4%B8%8E%E4%B8%BB%E8%AE%BE%E5%A4%87%E5%BB%BA%E7%AB%8B%E8%BF%9E%E6%8E%A5%E3%80%82%20I2C%E7%9A%84%E6%AD%BB%E9%94%81%E9%97%AE%E9%A2%98%E6%97%A0%E6%B3%95%E4%BB%8E%E6%A0%B9%E6%9C%AC%E4%B8%8A%E9%81%BF%E5%85%8D%EF%BC%8C%E9%99%A4%E4%BA%86MCU%E7%9A%84%E5%BC%82%E5%B8%B8%E5%A4%8D%E4%BD%8D%E5%AF%BC%E8%87%B4I2C%E6%AD%BB%E9%94%81%EF%BC%8C%E4%BB%8E%E8%AE%BE%E5%A4%87%E5%9C%A8%E6%AD%A3%E5%B8%B8%E9%80%9A%E4%BF%A1%E8%BF%87%E7%A8%8B%E4%B8%AD%E4%B9%9F%E6%9C%89%E5%8F%AF%E8%83%BD%E5%BC%82%E5%B8%B8%E6%8B%89%E4%BD%8ESDA%E5%AF%BC%E8%87%B4%E6%AD%BB%E9%94%81%E3%80%82%20%E6%89%80%E4%BB%A5%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E5%9C%A8%E8%AE%BE%E8%AE%A1%E6%97%B6%E8%A6%81%E8%80%83%E8%99%91%E5%BD%93%E6%AD%BB%E9%94%81%E5%8F%91%E7%94%9F%E6%97%B6%E8%A6%81%E8%83%BD%E5%A4%9F%E4%BB%8E%E6%AD%BB%E9%94%81%E4%B8%AD%E6%81%A2%E5%A4%8D%EF%BC%8C%E4%BD%BF%E5%BE%97I2C%E9%80%9A%E4%BF%A1%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E7%BB%A7%E7%BB%AD%E8%BF%9B%E8%A1%8C%E3%80%82

I2C从机挂死分析和解决方法 - 简书 (jianshu.com)icon-default.png?t=N7T8https://www.jianshu.com/p/95f53ca2724e

基于 EEPROM 通信的 I2C 总线锁死解决方法-优快云博客icon-default.png?t=N7T8https://blog.youkuaiyun.com/anlog/article/details/139005928?csdn_share_tail=%7B%22type%22%3A%22blog%22%2C%22rType%22%3A%22article%22%2C%22rId%22%3A%22139005928%22%2C%22source%22%3A%22anlog%22%7D

特此记录

anlog

2023年7月11日

<think>嗯,用户这次明确要求查找诊断MPU6050的I2C总线通信失败的方法,而且提供了详细的参考引用资料。我需要结合之前关于MPU6050地址问题的历史回答现有引用内容,系统性地整理诊断流程。 用户可能正在调试硬件电路,遇到I2C通信失败的问题比较着急。从引用[4]的故障诊断表可以看出,用户已经查阅过技术文档,但需要更具体的操作指引。特别要注意引用[2]强调的I2C总线多主机特性,这可能被初学者忽略。 参考之前回复中提到的地址扫描示波器检测方法,这次需要更深入展开。引用[1]提到寄存器配置驱动设计,说明用户可能需要软硬件结合的解决方案。引用[3]指出MPU6050的高精度特性,暗示通信质量对数据准确性影响很大。 诊断流程应该分层展开:首先硬件基础检测(供电/线路),然后是信号质量分析,最后是软件配置验证。特别注意引用[4]提到的温度交叉验证方法,这是判断通信有效性的关键技巧。对于树莓派用户,可能需要补充i2c-tools的使用说明。 用户没有提供具体故障现象,所以需要覆盖全面场景:从完全无响应到间歇性错误。历史回复中的焊接检查建议仍然有效,但这次可以补充热成像检测等进阶手段。最后要强调安全操作,避免短路损坏设备。 </think>诊断MPU6050的I2C总线通信失败需采用分层检测法,以下是系统化排查流程: --- ### 一、硬件层检测(优先排除基础故障) 1. **电源与接地验证** - 测量VCC引脚电压:需稳定在$3.0V \leq V_{CC} \leq 3.6V$范围 - 检查GND连续性:万用表测量MPU6050 GND与控制器GND间电阻应$< 1\Omega$ - 检测旁路电容:VCC引脚处需并联$0.1\mu F$陶瓷电容 + $10\mu F$电解电容[^1] 2. **信号线基础检测** ```mermaid graph LR A[SDA/SCL电压] --> B{电压值} B -->|>3V| C[上拉电阻过大] B -->|<0.8V| D[上拉电阻过小/短路] B -->|1.8-3.3V| E[正常] ``` - 要求:SDA/SCL线静态电压需在$1.8V \sim V_{CC}$范围 - 上拉电阻推荐值:$3.3k\Omega \sim 4.7k\Omega$(3.3V系统)[^2] 3. **AD0引脚状态确认** | AD0电平 | 有效I2C地址 | |---------|-------------| | 接地 | 0x68 (0xD0写) | | 接VCC | 0x69 (0xD2写) | - 浮空将导致地址随机变化,必须强制绑定电平 --- ### 二、信号层诊断(示波器关键观测点) 1. **起始信号完整性** $$ SCL_{high} \land SDA_{falling} $$ 需观察到SCL高电平时SDA的下降沿(典型时长$> 4.7\mu s$) 2. **ACK响应验证** ```python # 典型ACK失败波形特征 def check_ack(waveform): if waveform[9] != 0: # 第9时钟周期应为低电平 print("从机无应答!") elif waveform[9] > 0.4 * Vcc: print("应答信号电压足!") ``` - 正常ACK:地址发送后第9个SCL周期SDA被从机拉低 3. **时序违规检测** | 参数 | 标准模式要求 | 实测允许偏差 | |------------|--------------|--------------| | $t_{SU;STA}$ | >4.7μs | ±10% | | $t_{HD;STA}$ | >4.0μs | ±15% | | $t_{LOW}$ | >4.7μs | ±5% | --- ### 三、软件层诊断 1. **I2C初始化代码验证** ```c // STM32正确配置示例 hi2c1.Instance = I2C1; hi2c1.Init.ClockSpeed = 400000; // 可超过400kHz hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2; // 标准占空比 hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT; if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK) { Error_Handler(); // 必须检查返回值 } ``` 2. **设备状态寄存器读取** ```c uint8_t who_am_i; HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, 0xD0, 0x75, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &who_am_i, 1, 100); if(who_am_i == 0x68) { printf("MPU6050在线"); // 正确应返回0x68 } ``` 3. **错误码解析工具** | HAL状态码 | 含义 | 解决方案 | |-----------------|---------------------|------------------------| | HAL_TIMEOUT | 总线响应超时 | 检查SCL频率/上拉电阻 | | HAL_ERROR | 仲裁丢失 | 降低总线负载 | | HAL_BUSY | 总线忙状态 | 增加重试延迟 | --- ### 四、进阶诊断方法 1. **温度传感器交叉验证** 读取寄存器`0x41`(温度值),验证数据是否符合公式: $$ T_{^\circ C} = \frac{T_{raw}}{340} + 36.53 $$ 室温下数值应在$25 \pm 5^\circ C$范围[^4] 2. **总线负载测试** ```python # 树莓派i2c-tools压力测试 import subprocess for i in range(100): result = subprocess.run(['i2cget', '-y', '1', '0x68', '0x75'], capture_output=True) if b"Error" in result.stderr: print(f"通信失败率: {(i+1)/100}%") ``` 3. **噪声抑制技巧** - 在SDA/SCL线串联$100\Omega$电阻 - PCB布线避免平行走线超过10mm - 敏感场合增加I2C隔离器(如ISO1540) --- ### 典型故障树 ```mermaid graph TD A[通信失败] --> B{示波器检测起始信号} B -->|异常| C[检查MCU I2C配置] B -->|正常| D{地址字节后ACK} D -->|无ACK| E[扫描总线地址/检查AD0] D -->|有ACK| F{读取WHO_AM_I寄存器} F -->|0x00| G[电源/复位电路故障] F -->|0x68| H[检查采样率配置] ``` > **关键提示**:超过60%的通信故障源于电源干扰或上拉电阻配置当。优先用示波器捕获SCL/SDA波形,重点关注$V_{IL}$(低电平<$0.3 \times V_{CC}$)$V_{IH}$(高电平>$0.7 \times V_{CC}$)的电压容限[^2][^4]。
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