關(guān)于從I2C接口上的ADC讀取數(shù)據(jù)及處理方法

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 1 字節(jié)通道傳輸 2 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）。

表 1.MAX44000 ALS數(shù)據(jù)寄存器

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)?？梢院唵蔚貓?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0x05之前更新14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0x04和0x05中的14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?？紤]表 2 中的三種情況。

表 2.故障圖示

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