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,，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 |
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0x04 | ||||||
| ADC Low Byte (ALS) |
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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)合并到一個至少16位的寄存器內(nèi)。因此,，在讀取這些數(shù)據(jù)時需要特別謹(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，亮度處于相對穩(wěn)定狀態(tài),，假設(shè)亮度在小范圍波動,，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
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State of Registers During First Byte Read (Read 0x04 Only) |
State of Registers During Second Byte Read (Read 0x05 Only) |
Result (14 Bit) |
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在后兩種情形下,，我們可能讀到0或511,，而不是讀255或256，這是一個很嚴(yán)重的錯誤,。發(fā)生這已錯誤的原因在于,，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，第一個字節(jié)可以正確讀出,，但在讀第二個字節(jié)時,，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)總計數(shù)值為256,，由于在STOP狀態(tài)發(fā)出后,，第二個字節(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,，這種故障的抽樣情況。
圖2. 多次采樣時,，實際讀取單字節(jié)的數(shù)值
這個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個字節(jié)，盡管在兩個器件之間發(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)行多次讀操作時不會自動遞增寄存器指針,。器件功能各有差異,，但工作原理相同。也可以將其很容易地擴(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”一文給出了幾個C程序示例,。