I2C通信异常问题怎么解决？

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I2C通信异常问题分析与解决（SCL/SDA下降沿重合）

根据您的描述，SCL和SDA下降沿重合会导致通信失败。这通常是由于时序问题违反了I2C协议的核心规则：SCL高电平时SDA必须保持稳定（起始/停止条件除外）。以下是解决方案：

问题根本原因

1. 时序违反：SDA数据变化未严格限定在SCL低电平期间。


2. 起始/停止条件错误：起始条件（START）要求SCL高时SDA由高→低；停止条件（STOP）要求SCL高时SDA由低→高。


3. ACK检测缺失：未正确处理从机的ACK/NACK应答。


4. 延时不足：GPIO电平切换后未留足够稳定时间。

解决方案与代码修改

以下是修复后的代码，关键修改已用// FIX:标注：

#define I2C_DELAY()     delay_us(5)  // 根据I2C速度调整（100kHz约5μs）

#define SCL_HIGH()      GPIO_SetOutput(SCL_PIN)

#define SCL_LOW()       GPIO_ClearOutput(SCL_PIN)

#define SDA_HIGH()      GPIO_SetOutput(SDA_PIN) // 开漏输出需设为高阻

#define SDA_LOW()       GPIO_ClearOutput(SDA_PIN)

#define SDA_READ()      GPIO_ReadInput(SDA_PIN) // 读SDA状态



// 起始条件：SCL高时SDA下降沿

static void I2C_Start(void) {

    SDA_HIGH();

    SCL_HIGH();

    I2C_DELAY();

    SDA_LOW();       // FIX: 确保SCL高时SDA产生下降沿

    I2C_DELAY();

    SCL_LOW();       // FIX: 先拉低SCL再操作SDA

    I2C_DELAY();

}



// 停止条件：SCL高时SDA上升沿

static void I2C_Stop(void) {

    SCL_LOW();       // FIX: 确保从低电平开始

    SDA_LOW();

    I2C_DELAY();

    SCL_HIGH();      // FIX: 先拉高SCL

    I2C_DELAY();

    SDA_HIGH();      // 在SCL高时产生SDA上升沿

    I2C_DELAY();

}



// 发送单字节并检查ACK

static bool I2C_WriteByte(uint8_t data) {

    for (int i = 0; i < 8; i++) {

        SCL_LOW();

        I2C_DELAY();

        // 在SCL低电平时改变SDA

        if (data & 0x80) SDA_HIGH();

        else SDA_LOW();

        data <<= 1;

        I2C_DELAY();

        SCL_HIGH();  // SCL高时SDA必须稳定

        I2C_DELAY();

    }



    // 检测ACK（第9个时钟）

    SCL_LOW();

    SDA_HIGH();      // 释放SDA总线（主机切输入）

    I2C_DELAY();

    SCL_HIGH();

    I2C_DELAY();

    bool ack = (SDA_READ() == 0); // 读取ACK

    SCL_LOW();

    return ack;      // true:ACK, false:NACK

}



// 主写函数

static bool PS8740_I2C_Write(uint8_t addr, uint8_t *buffer, uint32_t count) {

    I2C_Start();



    // 发送地址+写位(0)

    if (!I2C_WriteByte((addr << 1) | 0x00)) {

        I2C_Stop();

        return false; // 无ACK

    }



    // 发送数据

    for (uint32_t i = 0; i < count; i++) {

        if (!I2C_WriteByte(buffer[i])) {

            I2C_Stop();

            return false; // 无ACK

        }

    }



    I2C_Stop();

    return true;

}

关键修复点

1. 
   

   严格时序控制：

   
   
   
   
   • SDA变化只在SCL低电平期间进行（如I2C_WriteByte中先拉低SCL再设置SDA）。
   
   
   • 起始/停止条件严格遵循协议时序（SCL高时触发SDA边沿）。
   
   
   
   


2. 
   

   ACK应答处理：

   
   
   
   
   • 每字节后检测从机ACK（第9个时钟周期）。
   
   
   • 释放SDA总线（设为高电平/输入模式）以读取从机应答。
   
   
   
   


3. 
   

   增加延时稳定性：

   
   
   
   
   • 所有GPIO操作后插入I2C_DELAY()（根据I2C速度调整，100kHz典型值5μs）。
   
   
   • 使用示波器校准时序（确保SCL高电平脉宽 >4μs @100kHz）。
   
   
   
   


4. 
   

   总线释放：

   
   
   
   
   • STOP条件后SDA/SCL保持高电平（总线空闲状态）。
   
   
   • ACK检测时临时释放SDA（避免主机驱动冲突）。
   
   
   
   

调试建议

1. 
   

   示波器检查：

   
   
   
   
   • 捕获SCL/SDA波形，验证：
     
     
     
     • START条件：SCL高时SDA下降沿。
     
     
     • STOP条件：SCL高时SDA上升沿。
     
     
     • 数据阶段：SDA在SCL低电平期间变化，高电平期间稳定。
     
     
   
   
   • 测量SCL频率是否符合从机要求（PS8740通常支持100kHz/400kHz）。
   
   
   
   


2. 
   

   硬件检查：

   
   
   
   
   • 确认上拉电阻（一般4.7kΩ）已接至SDA/SCL。
   
   
   • 检查总线电容（过长导线会导致边沿变缓）。
   
   
   
   


3. 
   

   逻辑分析仪：

   
   
   
   
   • 使用I2C解码功能查看实际传输的地址/数据/ACK。
   
   
   
   

通过以上修改和验证，可解决SCL/SDA下降沿重合导致的通信失败问题。时序严格遵循I2C协议后，总线稳定性将显著提升。