本应用笔记讨论了通过I²C兼容接口读取多字节数据时的注意事项。讨论了一次读取一个字节的陷阱,并给出了一些具体示例。本文还介绍了处理此类数据传输的正确方法。**
I2C是嵌入式系统中使用的串行数据传输协议之一。它用于将低速外围设备连接到嵌入式微处理器。它还用于中低数据速率通信。EPROM,实时时钟系统存储设备,远程温度传感器和I / O端口扩展器是慢速外围设备的一些示例。
兼容I²C的两线式接口是一种强大的机制,可用于将微控制器或微处理器与低速外围设备接口,例如具有集成模数转换器(ADC)的外围设备。通过该总线进行通信的最基本形式(即一次向/从从寄存器写入/读取单个字节)非常简单。但是,为简单起见,将自己限制在这种方法上存在一些陷阱。
通过1字节通道传输2字节数据
与其他任何与外围设备(尤其是传感器)的数字接口一样,我们需要从设备的内部寄存器中读取正确的数据。当寄存器的数据在读取过程中发生变化时,这一点尤其重要。如果在数据传输时ADC运行其转换或更新寄存器,则数据可能会发生变化。许多设备具有内部缓冲区(通常不能从外部访问),该缓冲区包含转换的最新结果。当没有I²C活动时,设备使用新数据更新所谓的“客户可访问”寄存器。
I²C协议一次传输1个字节的数据。因此,如果感兴趣的总量数据长于8位并且传输处理不正确,则可能会出现问题。例如,MAX44000的环境光传感器(ALS)数据寄存器最多可包含14位数据(加上1位表示溢出,这意味着应增加计数/照度设置)。
我们无法直接通过I²C读取所有ALSDATA [13:0],因此我们必须首先读取寄存器0x04的内容,然后读取寄存器0x05的内容,并将数据连接到至少一个16位寄存器中。但是,我们必须注意如何读取此数据。可以简单地执行两个以STOP(P)条件终止的单次读取,如图1所示。
这种方法有一个致命的缺陷。具体来说,发送STOP条件会向器件发出信号,要求其返回以更新“客户可见”寄存器。因此,从寄存器0x04获取数据后,实际上14位数据可以在读取寄存器0x05之前进行更新。在某些情况下,此缺陷可能会造成灾难性的后果。
一个例子是,如果光照水平在一定水平,MAX44000环境光传感器处于10位,12位或14位模式。假设电平徘徊在某个区域内,则寄存器0x04和0x05中的14位计数总计为255或256,这可能是由于光线缓慢增加或少量噪声引起的。考虑图2所示表中的三种情况。
单字节读取。
在最后两种情况下,我们读取0或511,而不是读取255或256。这是一个很大的问题。发生这种情况的原因是在发送STOP条件之后,在第一次读取和第二次读取之间更新了寄存器0x04和0x05中的数据。在第一种有问题的情况下,正确读取了第一个字节。但是到读取第二个字节时,数据读取的总数为256,其中最低字节为零。因此,我们从该设备获得零读数。在第二个有问题的情况下,数据也总计为256个计数。由于在发送STOP条件之后但在读取第二个字节之前数据减少了一个计数,因此该计数似乎变为511个计数。有关在多次读取中发生这种情况的次数的示例,请参见图3。
单字节的实际读数可读取许多样本。
如图4所示,通过一次读取2个字节可以轻松避免此问题,这是通过在读取第一个数据字节之后发送REPEATED START而不是STOP条件来完成的,并且非常容易实现。通过读取2个字节,即使我们在两个器件之间总体上发送了相同数量的位,也阻止了该部分执行更多的I²C寄存器更新。
2字节读取的插图。
上面的例子适用于MAX44000和MAX44009,它们在进行多次读取时不会自动递增寄存器指针。您的设备的行为可能有所不同,但是原理始终相同。这很容易扩展为读取N个字节。
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