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通过I2C兼容接口读取ADC数据

发布时间:2020-07-21 17:57:35 阅读: 来源:冲压模厂家

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特别注意的地方。介绍了每次读取一个字节时容易出现的问题,并给出了几个具体示例。本文也描述了进行数据传输的正确方法。

本文引用地址:概述I²C兼容2线接口是功能强大的总线机制,用于连接微控制器或微处理器与低速外设,例如:集成了模/数转换器(ADC)的外设。基于该总线的最基本的通信方式(即,写入/读取从机寄存器的一个字节)非常直观。但是,如果因为这种方法简单而掉以轻心,则会导致严重的系统错误。

单字节通道传送2字节数据任何连接外设(尤其是传感器)的数字接口,都需要确保从器件的内部寄存器正确读取数据,尤其是在读取寄存器的过程中数据发生变化的情况下。数据传输过程中,如果ADC执行转换操作并更新寄存器的内容,数据则会发生改变。许多器件带有内部缓存器(通常不能从外部访问),用来存放最新转换结果。当I²C总线处于空闲状态时,更新所谓的“用户可访问”寄存器内容。I²C协议每次只传送1个字节的数据。因此,如果有效数据字长超过8位,并且没有合理处置传输操作,则会引发问题。比如,MAX44000环境光传感器(ALS)的数据寄存器具有多达14位的数据(另有1位作为溢出标志,表示需要增加计数/亮度设置)。表1. MAX44000 ALS数据寄存器

REGISTERB7B6B5B4B3B2B1B0REGISTER ADDRESSADC High Byte (ALS)OFLALSDATA[13:8]0x04ADC Low Byte (ALS)ALSDATA[7:0]0x05我们不能通过I²C直接读取所有数据ALSDATA[13:0],需要首先读取寄存器0x04的内容,然后读取寄存器0x05的内容,再把这些数据合并到一个至少16位的寄存器内。因此,在读取这些数据时需要特别谨慎。通过两次简单的单字节读操作(利用STOP (P)条件终止)完成数据读取,如图1所示。图1. 单字节读操作这种方法存在致命缺陷,确切地说,向器件发送STOP条件,返回“用户可见”的寄存器内容。由此,从寄存器0x04读取数据后,实际的14位数据可能在读取0x05寄存器之前已经更新。几种情形下,这种缺陷可能导致严重错误。例如,当MAX44000环境光传感器处于10位、12位或14位模式时,亮度处于相对稳定状态,假设亮度在小范围波动,或许亮度正在缓慢上升,或周围存在少量噪声,使得0x04和0x05寄存器的14位数据计数值为255或256,考虑表2中的三种情形。表2. 误差图示说明

State of Registers DuringFirst Byte Read (Read 0x04 Only)State of Registers DuringSecond Byte Read (Read 0x05 Only)Result (14 Bit)在后两种情形下,我们可能读到0或511,而不是读255或256,这是一个很严重的错误。发生这已错误的原因在于,第一次和第二次读操作之间,发出STOP状态后,寄存器0x04和0x05中的数据被更新。第一种出现问题情形下,第一个字节可以正确读出,但在读第二个字节时,总数为256的数据对应的最低位为零,因而,我们从器件中得到读数0;第二种出现问题的情形下,数据总计数值为256,由于在STOP状态发出后,第二个字节的数据在读取之前减少了1,所以显示为511,图2给出了多次读取数据时,这种故障的抽样情况。图2. 多次采样时,实际读取单字节的数值这个问题很容易通过一次读取2字节数据来避免,如图3所示。具体操作是,读取第一个数据字节后,发送REPEATED START (而不是STOP)进行操作,操作非常简单。通过读取2个字节,尽管在两个器件之间发送完全相同的位数,却可避免器件不恰当地更新I²C寄存器的内容。图3. 2字节读操作示意图上述示例适用于MAX44000和MAX44009,进行多次读操作时不会自动递增寄存器指针。器件功能各有差异,但工作原理相同。也可以将其很容易地扩展到N字节读取操作。应用笔记AN3588:“MAXQ2000微控制器软件I²C驱动”一文给出了几个C程序示例。

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