【導讀】基于 STM32H573 單片機的工業(yè) PLC 產品開發(fā)中，I2C 通信接口的穩(wěn)定性至關重要。然而，近期某客戶在將上一代產品遷移至新平臺時遭遇了令人困惑的故障：沿用成熟的 I2C4 通信協(xié)議，當引腳從 PB6/PB7 切換至 PG6/PG7，且 GPIO 速率設置為高速（VERY_HIGH）時，通信完全失效，SCL/SDA 引腳無法拉高至正常電平；而降速至低速模式雖能勉強通信，卻伴隨嚴重波形毛刺。經過深入的實測驗證與數(shù)據(jù)手冊（DS14121）及參考手冊（RM0481）的交叉比對，最終鎖定問題根源并非硬件電路或軟件配置錯誤，而是 STM32H5 系列特有的 HSLV（高速低電壓）模式在 3.3V 供電場景下的誤啟用。

資料獲取：STM32H573使能HSLV引起I2C4失效的案例分析

1. 故障現(xiàn)象與環(huán)境背景

1.1 核心故障表現(xiàn)

引腳配置：I2C4 使用 PG6（SDA）、PG7（SCL），外部串聯(lián) 4.7k 上拉電阻，供電電壓 3.3V；

速率依賴：GPIO 速率設為GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH時，I2C4 完全失效，SCL/SDA 引腳僅輸出 20mV（無法拉高）；

異常特例：速率設為GPIO_SPEED_FREQ_LOW時通信恢復，但波形存在毛刺干擾；

歷史對比：上一代產品使用 PB6/PB7 引腳（同 I2C4 功能），無論高低速率均正常通信。

1.2 硬件環(huán)境

主控芯片：STM32H573IIK6TR；

電路配置：3.3V 供電，I2C 總線外部 4.7k 上拉電阻；

軟件版本：基于 STM32 標準庫開發(fā)，I2C 配置符合常規(guī)規(guī)范（開漏輸出 + 上拉電阻）。

2. 故障根源：HSLV 模式與引腳屬性不匹配

2.1 引腳屬性差異：PG6/PG7 vs PB6/PB7

查閱 STM32H573 數(shù)據(jù)手冊（DS14121）發(fā)現(xiàn)，兩組引腳的 GPIO 屬性存在關鍵區(qū)別：

PB6/PB7：屬性為 FT_f，支持 5V 容忍，無 HSLV 模式；

PG6/PG7：屬性為 FT_fh，額外支持_h特性 —— 即高速低電壓模式（HSLV）。

2.2 HSLV 模式的核心特性與使用限制

根據(jù) STM32H5 參考手冊（RM0481）定義，HSLV 模式是為低電壓場景設計的 IO 性能優(yōu)化功能：

功能作用：HSLV=1 時，IO 輸出速度優(yōu)化適配 1.8V 供電；HSLV=0 時（默認），適配 3.3V 供電；

嚴格限制：當 IO 供電電壓（VDD/VDDIO2）＞2.7V 時，絕對禁止啟用 HSLV 模式，否則會導致 IO 輸出異常甚至芯片損壞；

電壓規(guī)范：HSLV 啟用時，IO 供電電壓最大不得超過 2.75V（典型值 1.8V）。

2.3 故障邏輯鏈

客戶系統(tǒng)供電為 3.3V（遠超 2.7V 閾值），但 PG6/PG7 引腳的 HSLV 模式被誤啟用，導致：

高速模式（VERY HIGH）下，IO 輸出級電路因電壓不匹配無法正常驅動，SCL/SDA 無法拉高（僅 20mV）；

低速模式（LOW）下，驅動能力勉強達標，但電路工作在非優(yōu)化狀態(tài)，出現(xiàn)毛刺干擾。

3. 解決方案：分兩步徹底解決問題

3.1 核心操作：關閉 HSLV 模式（選項字配置）

HSLV 模式通過 FLASH 選項字控制，需在 STM32CubeProgrammer 中修改配置：

連接仿真器與開發(fā)板，打開 STM32CubeProgrammer；

進入 “Option Bytes” 配置界面，找到 I/O 相關選項：

禁用IO_VDD_HSLV（VDD 域 IO 高速低電壓模式）；

禁用IO_VDDIO2_HSLV（VDDIO2 域 IO 高速低電壓模式）；

點擊 “Apply” 保存配置，重啟開發(fā)板使設置生效。

3.2 輔助優(yōu)化：濾除低速模式毛刺

當 GPIO 速率設為 LOW 時出現(xiàn)的波形毛刺，屬于正?，F(xiàn)象：

毛刺成因：從設備釋放 SDA 總線時，上拉電阻瞬間拉高電壓，而主機快速接管總線拉低，形成短暫電平波動；

規(guī)范兼容性：I2C 協(xié)議允許 SCL 低電平時 SDA 電平變化，從設備僅在 SCL 高電平時采樣 SDA 信號，毛刺不影響通信正確性；

優(yōu)化方案：啟用 I2C 外設的模擬濾波功能（通過I2C_InitStruct.FilterCfg配置），可有效濾除毛刺干擾。

4. 關鍵原理補充：HSLV 模式工作機制

4.1 設計初衷

HSLV 模式專為低電壓（1.08V~2.7V）場景設計，通過優(yōu)化 IO 輸出級電路，提升低速供電下的信號切換速度，常見于電池供電類便攜設備。

4.2 電壓沖突本質

STM32H573 的 IO 輸出級采用雙 MOS 管推挽結構（開漏模式下禁用上管），HSLV 模式啟用后，輸出級驅動電壓被限定在 1.8V 左右：

3.3V 供電時，MOS 管閾值電壓不匹配，導致上拉電阻無法有效拉高電平；

高速模式下，驅動電路開關速度加快，沖突加劇，直接導致輸出失效；

低速模式下，驅動電流減小，沖突緩解，通信可勉強進行但存在干擾。

5. 避坑指南：STM32H5 系列 I2C 應用關鍵要點

引腳選型：優(yōu)先選擇無 HSLV 屬性（無_h標記）的引腳（如 PB6/PB7、PC0/PC1 等），避免 PG6/PG7、PH4/PH5 等 FT_fh 類引腳；

供電匹配：若必須使用 HSLV 引腳，需確保 IO 供電電壓≤2.7V，且明確啟用 HSLV 模式；

選項字核查：新板卡量產前，務必檢查 FLASH 選項字，默認禁用 HSLV 相關配置；

速率配置：根據(jù)實際需求選擇 GPIO 速率，I2C 通信建議使用GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM，平衡速度與穩(wěn)定性；

波形驗證：遇到通信異常時，優(yōu)先用示波器測量 SCL/SDA 電平（正常空閑狀態(tài)應為 3.3V 高電平），快速定位驅動問題。

STM32H573 I2C4 失效的核心原因是HSLV 模式與 3.3V 供電的不兼容，PG6/PG7 引腳的 FT_fh 屬性使其默認支持 HSLV 模式，而客戶未關注電壓限制誤啟用該功能，導致 IO 輸出級工作異常。通過關閉 HSLV 選項字配置，即可徹底解決通信故障，再配合 I2C 模擬濾波優(yōu)化波形，實現(xiàn)穩(wěn)定通信。

此類問題的排查關鍵在于重視引腳屬性與功能模式的匹配，開發(fā)前需仔細研讀數(shù)據(jù)手冊中 GPIO 特性說明，避免因功能模式誤用導致的隱性故障。