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)需要特別注意的地方。介紹了每次讀取一個(gè)字節(jié)時(shí)容易出現(xiàn)的問題,并給出了幾個(gè)具體示例。本文也描述了進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_方法。
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I²C兼容2線接口是功能強(qiáng)大的總線機(jī)制,用于連接微控制器或微處理器與低速外設(shè),例如:集成了模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的外設(shè)。基于該總線的最基本的通信方式(即,寫入/讀取從機(jī)寄存器的一個(gè)字節(jié))非常直觀。但是,如果因?yàn)檫@種方法簡單而掉以輕心,則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的系統(tǒng)錯(cuò)誤。
單字節(jié)通道傳送2字節(jié)數(shù)據(jù)
任何連接外設(shè)(尤其是傳感器)的數(shù)字接口,都需要確保從器件的內(nèi)部寄存器正確讀取數(shù)據(jù),尤其是在讀取寄存器的過程中數(shù)據(jù)發(fā)生變化的情況下。數(shù)據(jù)傳輸過程中,如果ADC執(zhí)行轉(zhuǎn)換操作并更新寄存器的內(nèi)容,數(shù)據(jù)則會(huì)發(fā)生改變。許多器件帶有內(nèi)部緩存器(通常不能從外部訪問),用來存放最新轉(zhuǎn)換結(jié)果。當(dāng)I²C總線處于空閑狀態(tài)時(shí),更新所謂的“用戶可訪問”寄存器內(nèi)容。
I²C協(xié)議每次只傳送1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。因此,如果有效數(shù)據(jù)字長超過8位,并且沒有合理處置傳輸操作,則會(huì)引發(fā)問題。比如,MAX44000環(huán)境光傳感器(ALS)的數(shù)據(jù)寄存器具有多達(dá)14位的數(shù)據(jù)(另有1位作為溢出標(biāo)志,表示需要增加計(jì)數(shù)/亮度設(shè)置)。
表1. MAX44000 ALS數(shù)據(jù)寄存器
REGISTER | B7 | B6 | B5 | B4 | B3 | B2 | B1 | B0 | REGISTER ADDRESS |
ADC High Byte (ALS) | OFL | 0x04 | |||||||
ADC Low Byte (ALS) | 0x05 |
我們不能通過I²C直接讀取所有數(shù)據(jù)ALSDATA[13:0],需要首先讀取寄存器0x04的內(nèi)容,然后讀取寄存器0x05的內(nèi)容,再把這些數(shù)據(jù)合并到一個(gè)至少16位的寄存器內(nèi)。因此,在讀取這些數(shù)據(jù)時(shí)需要特別謹(jǐn)慎。通過兩次簡單的單字節(jié)讀操作(利用STOP (P)條件終止)完成數(shù)據(jù)讀取,如圖1所示。
圖1. 單字節(jié)讀操作
這種方法存在致命缺陷,確切地說,向器件發(fā)送STOP條件,返回“用戶可見”的寄存器內(nèi)容。由此,從寄存器0x04讀取數(shù)據(jù)后,實(shí)際的14位數(shù)據(jù)可能在讀取0x05寄存器之前已經(jīng)更新。幾種情形下,這種缺陷可能導(dǎo)致嚴(yán)重錯(cuò)誤。
例如,當(dāng)MAX44000環(huán)境光傳感器處于10位、12位或14位模式時(shí),亮度處于相對穩(wěn)定狀態(tài),假設(shè)亮度在小范圍波動(dòng),或許亮度正在緩慢上升,或周圍存在少量噪聲,使得0x04和0x05寄存器的14位數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)值為255或256,考慮表2中的三種情形。
表2. 誤差圖示說明
State of Registers During First Byte Read (Read 0x04 Only) | State of Registers During Second Byte Read (Read 0x05 Only) | Result (14 Bit) |
在后兩種情形下,我們可能讀到0或511,而不是讀255或256,這是一個(gè)很嚴(yán)重的錯(cuò)誤。發(fā)生這已錯(cuò)誤的原因在于,第一次和第二次讀操作之間,發(fā)出STOP狀態(tài)后,寄存器0x04和0x05中的數(shù)據(jù)被更新。第一種出現(xiàn)問題情形下,第一個(gè)字節(jié)可以正確讀出,但在讀第二個(gè)字節(jié)時(shí),總數(shù)為256的數(shù)據(jù)對應(yīng)的最低位為零,因而,我們從器件中得到讀數(shù)0;第二種出現(xiàn)問題的情形下,數(shù)據(jù)總計(jì)數(shù)值為256,由于在STOP狀態(tài)發(fā)出后,第二個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)在讀取之前減少了1,所以顯示為511,圖2給出了多次讀取數(shù)據(jù)時(shí),這種故障的抽樣情況。
圖2. 多次采樣時(shí),實(shí)際讀取單字節(jié)的數(shù)值
這個(gè)問題很容易通過一次讀取2字節(jié)數(shù)據(jù)來避免,如圖3所示。具體操作是,讀取第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后,發(fā)送REPEATED START (而不是STOP)進(jìn)行操作,操作非常簡單。通過讀取2個(gè)字節(jié),盡管在兩個(gè)器件之間發(fā)送完全相同的位數(shù),卻可避免器件不恰當(dāng)?shù)馗翴²C寄存器的內(nèi)容。
圖3. 2字節(jié)讀操作示意圖
上述示例適用于MAX44000和MAX44009,進(jìn)行多次讀操作時(shí)不會(huì)自動(dòng)遞增寄存器指針。器件功能各有差異,但工作原理相同。也可以將其很容易地?cái)U(kuò)展到N字節(jié)讀取操作。應(yīng)用筆記AN3588:“MAXQ2000微控制器軟件I²C驅(qū)動(dòng)”一文給出了幾個(gè)C程序示例。
評(píng)論