本應(yīng)用筆記討論了通過I2C兼容接口讀取多字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)需要注意的問題。討論了一次讀取一個(gè)字節(jié)的陷阱,并提供了一些具體示例。本文還介紹了處理此類數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_方法。
介紹
I2C兼容的雙線接口是一種強(qiáng)大的機(jī)制,用于將微控制器或微處理器連接到低速外設(shè),例如帶有集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的外設(shè)。通過該總線進(jìn)行通信的最基本形式(即一次從從站寄存器寫入/讀取單個(gè)字節(jié))非常簡單。但是,為了簡單起見,將自己限制在這種方法上有一些陷阱。
通過 2 字節(jié)通道傳輸 1 字節(jié)數(shù)據(jù)
與外設(shè)(尤其是傳感器)的任何其他數(shù)字接口一樣,我們需要從設(shè)備的內(nèi)部寄存器中讀取正確的數(shù)據(jù)。當(dāng)寄存器中的數(shù)據(jù)在讀取過程中發(fā)生變化時(shí),這一點(diǎn)尤其重要。如果ADC在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)運(yùn)行轉(zhuǎn)換或更新寄存器,則數(shù)據(jù)可能會發(fā)生變化。許多設(shè)備都有一個(gè)內(nèi)部緩沖區(qū)(通常無法從外部訪問),其中包含最新的轉(zhuǎn)換結(jié)果。當(dāng)沒有I2C活動時(shí),該器件使用新數(shù)據(jù)更新所謂的“客戶可訪問”寄存器。
I2C協(xié)議一次傳輸1字節(jié)的數(shù)據(jù)。因此,如果感興趣的數(shù)據(jù)總量超過 8 位并且傳輸處理不當(dāng),則可能會出現(xiàn)問題。例如,MAX44000的環(huán)境光傳感器(ALS)數(shù)據(jù)寄存器可以有多達(dá)14位數(shù)據(jù)(加上1位表示溢出,這意味著應(yīng)增加計(jì)數(shù)/勒克斯設(shè)置)。
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ADC 高字節(jié) (ALS) | 奧福 | 數(shù)據(jù)[13:8] | 0x04 | ||||||
模數(shù)轉(zhuǎn)換器低字節(jié) (ALS) | 數(shù)據(jù)[7:0] | 0x05 |
我們無法通過I2C直接讀取所有ALSDATA[13:0],因此我們必須首先讀取寄存器0x04的內(nèi)容,然后讀取寄存器0x05的內(nèi)容,并在至少16位寄存器中連接數(shù)據(jù)。但是,我們必須注意如何讀取這些數(shù)據(jù)。可以簡單地執(zhí)行兩個(gè)由STOP(P)條件終止的單次讀取,如圖1所示。
圖1.單字節(jié)讀取。
這種方法有一個(gè)致命的缺陷。具體而言,發(fā)送 STOP 條件會向設(shè)備發(fā)出信號,以返回更新“客戶可見”寄存器。因此,在從寄存器0x04獲取數(shù)據(jù)后,實(shí)際上可以在讀取寄存器14x0之前更新05位數(shù)據(jù)。在某些情況下,此缺陷可能會造成災(zāi)難性后果。
例如,如果光照水平處于一定水平,MAX44000環(huán)境光傳感器處于10位、12位或14位模式。假設(shè)電平徘徊在一個(gè)區(qū)域中,因此寄存器14x0和04x0中的05位將處于255或256個(gè)總數(shù),這可能是由于緩慢增加的光或一些少量的噪聲。考慮表 2 中的三種情況。
第一個(gè)字節(jié)讀取期間 的寄存器狀態(tài)(僅限讀0x04) |
第二次字節(jié)讀取期間 的寄存器狀態(tài)(僅限讀0x05) |
結(jié)果(14 位) |
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在最后兩種情況下,我們不是讀取 255 或 256,而是讀取 0 或 511。這是一個(gè)巨大的問題。發(fā)生這種情況是因?yàn)榧拇嫫髦械臄?shù)據(jù)在發(fā)送 STOP 條件后,在第一次和第二次讀取之間0x04和0x05更新。在第一種有問題的情況下,第一個(gè)字節(jié)被正確讀取。但是當(dāng)讀取第二個(gè)字節(jié)時(shí),數(shù)據(jù)總共讀取了 256 個(gè)計(jì)數(shù),其中最低字節(jié)為零。因此,我們從設(shè)備中獲得了零讀數(shù)。在第二個(gè)問題情況下,數(shù)據(jù)也是總共256個(gè)計(jì)數(shù)。這似乎變成了 511 個(gè)計(jì)數(shù),因?yàn)樵诎l(fā)送 STOP 條件后但在讀取第二個(gè)字節(jié)之前,數(shù)據(jù)減少了一個(gè)計(jì)數(shù)。有關(guān)在多次讀取中發(fā)生這種情況的次數(shù)的示例,請參見圖 2。
圖2.單字節(jié)讀取多個(gè)樣本的實(shí)際讀數(shù)。
通過一次讀取 2 個(gè)字節(jié)可以輕松避免此問題,如圖 3 所示。這是通過在讀取第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后發(fā)送 REPEAT START 而不是 STOP 條件來完成的,并且實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)簡單。通過讀取2個(gè)字節(jié),我們可以防止器件執(zhí)行更多的I2C寄存器更新,即使我們在兩個(gè)器件之間發(fā)送相同數(shù)量的位。
圖3.2 字節(jié)讀取的圖示。
上述示例適用于MAX44000和MAX44009,它們在進(jìn)行多次讀取時(shí)不會自動遞增寄存器指針。您的設(shè)備可能行為不同,但原理始終相同。這很容易擴(kuò)展到讀取 N 個(gè)字節(jié)。
審核編輯:郭婷
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