¿Por qué poner resistencias entre Vcc/SDA y Vcc/SCL en I2C da como resultado una onda cuadrada?

I2C es un bus que utiliza salidas de drenaje abierto. Un drenaje abierto es como un interruptor conectado entre la salida y tierra. No funcionará sin resistencias pullup porque no hay nada que lo haga subir.

Si las resistencias pullup tienen un valor demasiado alto , no funcionarán (o no funcionarán de manera confiable) porque la resistencia no cargará la capacitancia de las entradas, la salida, el cable y tal vez una sonda de alcance lo suficientemente rápido . Si son demasiado bajos, la salida no será lo suficientemente fuerte como para bajarla.

Observa que en la medición de su osciloscopio, las salidas bajan muy rápidamente, pero son lentas para subir al nivel lógico 1.

Si el código en su Arduino está usando las resistencias pullup internas en el ATMega para golpear una interfaz I2C, entonces probablemente tengan un valor demasiado alto (decenas de K ohmios y no estén bien especificados) para funcionar de manera confiable, por lo que necesitan estar en paralelo con resistencias externas.

Personalmente, habría escrito el código para no usar los pullups internos (por defecto) para evitar la situación de que el bus "casi" no funciona, y forzar al usuario a usar las resistencias o elegir deliberadamente usar las internas. Es posible que sean aceptables si los chips están muy juntos, se usa baja velocidad (100K) y no se conectan sondas de alcance (especialmente en x1).

He visto una situación muy similar en la que se instalaron accidentalmente redes de resistencias de 47K en lugar de 4,7K.

Se supone que I2C no funciona en absoluto sin resistencias pull-up; se requieren explícitamente en el diseño del autobús.

Entonces, en efecto, su pregunta es discutible: hágalo mal y sucederán cosas malas.

Si realmente quiere entender exactamente lo que está sucediendo, es probable que esté obteniendo algún tipo de efecto pull-up débil de una corriente de fuga o posiblemente incluso una resistencia pullup interna que es alrededor de 10 veces más grande de lo que debería ser la resistencia del bus I2C. Esto hace que la forma de onda ascendente RC exponencial, la clásica de un capacitor que se carga a través de una resistencia. Con una resistencia pull-up de valor adecuado, todavía sucede, pero lo suficientemente rápido como para que el exponencial se vea vertical en el osciloscopio.

Cualquiera que sea la fuente de corriente que esté elevando la línea en ausencia de una verdadera resistencia pull-up, es débil (es decir, el circuito tiene una impedancia muy alta), por lo que también es extremadamente susceptible al acoplamiento capacitivo de la línea del reloj, por lo tanto, verá la parte superior de la forma de onda de la línea de datos muestra artefactos cuando cambia el reloj.

Utilice las resistencias pull-up requeridas. Coloque un capacitor de derivación de suministro a través de su chip. Mantenga los tramos de cableado lo más cortos posible. Siga las reglas y evitará los problemas que normalmente surgen al romperlas.