软件模拟I2C

在通过软件模拟I2C时，我们是选定任意引脚作为I2C的SDA和SCL，这个时候需要配置GPIO使其既能输入又能输出，这，推挽输出和开漏输出都是可以的，以下将会对两者的配置进行详细介绍

开漏输出

引脚配置

这是最推荐的做法，也是I2C协议的要求将SDA和SCL引脚配置为上拉电阻(弱) + 开漏输出的模式，这样可以使主机只能输出低电平，避免了总线上一高一低造成的短路问题。

1.开漏输出:

保证IO只具备输出低电平的能力，完全避免电源短路的发生

2.上拉电阻:

通常使用外接4.7K上拉电阻，I2C通信的需要输出高电平的能力，由于开漏模式下不具备输出高电平的能力，需要外部加一个上拉电阻，使其具备输出高电平的能力

这样设计电路的好处：

1.避免电源短路，安全

2.避免推挽模式下的引脚频繁切换，同时具备输入和输出功能

3.这样的硬件设计，使开漏模式具备线与特性：任意设备输出低电平，总线就是低电平，所有设备高电平，总线才是高电平。利用这个特性执行多主机下的总线仲裁机制，始终同步

硬件原理

开漏模式的特性是由于硬件上决定的STM32的手册上对开漏输出的描述：

开漏输出:

• GPIO写入’0’，上面的P-MOS断开，下面的N-MOS导通，IO被下拉至低电平
• GPIO写入’1’, 上面的P-MOS仍断开，下面的N-MOS也断开，IO处于高阻态，引脚状态由外部上下拉决定

推挽输出:

• GPIO写入’0’，上面的P-MOS断开，下面的N-MOS导通，IO被下拉至低电平
• GPIO写入’1’, 上面的P-MOS导通，下面的N-MOS断开，IO被上拉至高电平

开漏输出P-MOS的始终不能导通，由前面的输出控制电路决定的

输入输出能力

GPIO配置为开漏模式+上拉电阻的情况下，是同时具备输出和输入能力的。

输出能力：

• 低电平：N-MOS导通，P-MOS关闭，IO被拉低至低电平

• 高电平: N-MOS关闭，P-MOS关闭，IO为高阻态，不主动输出电平，靠外部上拉电阻把IO拉高，形成高电平(弱上拉)

输入能力：

TTL施密特触发器打开状态，可以直接读取，但是要先保证IO处于高阻态，即：先让IO(SDA引脚)输出高电平，让P-MOS和N-MOS都断开，处于高阻态，否则可能由于之前IO输出过低电平，N-MOS打开，导致IO口一直锁死在低电平的状态,因为这时候读取到的就是我们之前自己输出的低电平

推挽输出

短路问题

I2C在使用推挽输出模式，在通讯过程中，如果由于时序没有调整好，主机和从机在SDA总线上一个输出高电平、一个输出低电平就会导致短路，这样的后果很严重，所以我们一般都不会使用推挽输出作为I2C的SCL和SDA引脚配置

引脚配置

非要使用(不推荐)：

如果非要使用推挽输出进行I2C通信的话，我们需要处理引脚的配置，由于推挽输出的情况下，IO口没有高阻态，此时虽然也可以读取电平，但是读取到的其实是我们自己输出的电平，所以我们需要进行频繁的引脚切换

主机引脚在发送数据时(主机控制SDA)需要配置为推挽输出模式，主机引脚在接收数据时需要配置为输入模式。

输出能力

输出能力:

• 低电平：N-MOS导通，P-MOS关闭，IO被拉低至低电平

• 高电平: N-MOS关闭，P-MOS开启，IO被VDD拉至高电平

输入能力(不具备):

推挽输出模式下，IO管脚的软件可以读取电平（有输入采样能力），但只能“IO自己输出的电平”，不能真正检测外部信号对管脚的影响。只有输入/开漏高阻态下，才可以真正感知外部信号。