浅谈I²C兼容接口读取多字节数据时数据传输方法

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。

编辑：hfy