关于从I²C接口上的ADC读取数据及处理方法

本应用笔记讨论了通过I²C兼容接口读取多字节数据时需要注意的问题。讨论了一次读取一个字节的陷阱，并提供了一些具体示例。本文还介绍了处理此类数据传输的正确方法。

介绍

I²C兼容的双线接口是一种强大的机制，用于将微控制器或微处理器连接到低速外设，例如带有集成模数转换器（ADC）的外设。通过该总线进行通信的最基本形式（即一次从从站寄存器写入/读取单个字节）非常简单。但是，为了简单起见，将自己限制在这种方法上有一些陷阱。

通过 1 字节通道传输 2 字节数据

与外设（尤其是传感器）的任何其他数字接口一样，我们需要从设备的内部寄存器中读取正确的数据。当寄存器中的数据在读取过程中发生变化时，这一点尤其重要。如果ADC在数据传输时运行转换或更新寄存器，则数据可能会发生变化。许多设备都有一个内部缓冲区（通常无法从外部访问），其中包含最新的转换结果。当没有I²C活动时，该器件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字节的数据。因此，如果感兴趣的数据总量超过 8 位并且传输处理不当，则可能会出现问题。例如，MAX44000的环境光传感器（ALS）数据寄存器可以有多达14位数据（加上1位表示溢出，这意味着应增加计数/勒克斯设置）。

表 1.MAX44000 ALS数据寄存器

 

注册	B7	B6	B5	B4	B3	B2	B1	B0	注册地址
ADC 高字节 （ALS）		奥福	数据[13：8]						0x04
模数转换器低字节 （ALS）	数据[7：0]								0x05

 

我们无法通过I²C直接读取所有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，并在至少16位寄存器中连接数据。但是，我们必须注意如何读取这些数据。可以简单地执行两个由STOP（P）条件终止的单次读取，如图1所示。

图1.单字节读取。

这种方法有一个致命的缺陷。具体而言，发送 STOP 条件会向设备发出信号，以返回更新“客户可见”寄存器。因此，在从寄存器0x04获取数据后，实际上可以在读取寄存器0x05之前更新14位数据。在某些情况下，此缺陷可能会造成灾难性后果。

例如，如果光照水平处于一定水平，MAX44000环境光传感器处于10位、12位或14位模式。假设电平徘徊在一个区域中，因此寄存器0x04和0x05中的14位将处于255或256个总数，这可能是由于缓慢增加的光或一些少量的噪声。考虑表 2 中的三种情况。

表 2.故障图示

在最后两种情况下，我们不是读取 255 或 256，而是读取 0 或 511。这是一个巨大的问题。发生这种情况是因为寄存器中的数据在发送 STOP 条件后，在第一次和第二次读取之间0x04和0x05更新。在第一种有问题的情况下，第一个字节被正确读取。但是当读取第二个字节时，数据总共读取了 256 个计数，其中最低字节为零。因此，我们从设备中获得了零读数。在第二个问题情况下，数据也是总共256个计数。这似乎变成了 511 个计数，因为在发送 STOP 条件后但在读取第二个字节之前，数据减少了一个计数。有关在多次读取中发生这种情况的次数的示例，请参见图 2。

图2.单字节读取多个样本的实际读数。

通过一次读取 2 个字节可以轻松避免此问题，如图 3 所示。这是通过在读取第一个数据字节后发送 REPEAT START 而不是 STOP 条件来完成的，并且实现起来相当简单。通过读取2个字节，我们可以防止器件执行更多的I²C寄存器更新，即使我们在两个器件之间发送相同数量的位。

图3.2 字节读取的图示。

上述示例适用于MAX44000和MAX44009，它们在进行多次读取时不会自动递增寄存器指针。您的设备可能行为不同，但原理始终相同。这很容易扩展到读取 N 个字节。

审核编辑：郭婷