本應用筆記討論了通過I2C兼容接口讀取多字節數據時需要注意的問題。討論了一次讀取一個字節的陷阱，并提供了一些具體示例。本文還介紹了處理此類數據傳輸的正確方法。

介紹

I2C兼容的雙線接口是一種強大的機制，用于將微控制器或微處理器連接到低速外設，例如帶有集成模數轉換器（ADC）的外設。通過該總線進行通信的最基本形式（即一次從從站寄存器寫入/讀取單個字節）非常簡單。但是，為了簡單起見，將自己限制在這種方法上有一些陷阱。

通過 1 字節通道傳輸 2 字節數據

與外設（尤其是傳感器）的任何其他數字接口一樣，我們需要從設備的內部寄存器中讀取正確的數據。當寄存器中的數據在讀取過程中發生變化時，這一點尤其重要。如果ADC在數據傳輸時運行轉換或更新寄存器，則數據可能會發生變化。許多設備都有一個內部緩沖區（通常無法從外部訪問），其中包含最新的轉換結果。當沒有I2C活動時，該器件使用新數據更新所謂的“客戶可訪問”寄存器。

I2C協議一次傳輸1字節的數據。因此，如果感興趣的數據總量超過 8 位并且傳輸處理不當，則可能會出現問題。例如，MAX44000的環境光傳感器（ALS）數據寄存器可以有多達14位數據（加上1位表示溢出，這意味著應增加計數/勒克斯設置）。

表 1.MAX44000 ALS數據寄存器

我們無法通過I2C直接讀取所有ALSDATA[13：0]，因此我們必須首先讀取寄存器0x04的內容，然后讀取寄存器0x05的內容，并在至少16位寄存器中連接數據。但是，我們必須注意如何讀取這些數據。可以簡單地執行兩個由STOP（P）條件終止的單次讀取，如圖1所示。

圖1.單字節讀取。

這種方法有一個致命的缺陷。具體而言，發送 STOP 條件會向設備發出信號，以返回更新“客戶可見”寄存器。因此，在從寄存器0x04獲取數據后，實際上可以在讀取寄存器0x05之前更新14位數據。在某些情況下，此缺陷可能會造成災難性后果。

例如，如果光照水平處于一定水平，MAX44000環境光傳感器處于10位、12位或14位模式。假設電平徘徊在一個區域中，因此寄存器0x04和0x05中的14位將處于255或256個總數，這可能是由于緩慢增加的光或一些少量的噪聲。考慮表 2 中的三種情況。

表 2.故障圖示

在最后兩種情況下，我們不是讀取 255 或 256，而是讀取 0 或 511。這是一個巨大的問題。發生這種情況是因為寄存器中的數據在發送 STOP 條件后，在第一次和第二次讀取之間0x04和0x05更新。在第一種有問題的情況下，第一個字節被正確讀取。但是當讀取第二個字節時，數據總共讀取了 256 個計數，其中最低字節為零。因此，我們從設備中獲得了零讀數。在第二個問題情況下，數據也是總共256個計數。這似乎變成了 511 個計數，因為在發送 STOP 條件后但在讀取第二個字節之前，數據減少了一個計數。有關在多次讀取中發生這種情況的次數的示例，請參見圖 2。

圖2.單字節讀取多個樣本的實際讀數。

通過一次讀取 2 個字節可以輕松避免此問題，如圖 3 所示。這是通過在讀取第一個數據字節后發送 REPEAT START 而不是 STOP 條件來完成的，并且實現起來相當簡單。通過讀取2個字節，我們可以防止器件執行更多的I2C寄存器更新，即使我們在兩個器件之間發送相同數量的位。

圖3.2 字節讀取的圖示。

上述示例適用于MAX44000和MAX44009，它們在進行多次讀取時不會自動遞增寄存器指針。您的設備可能行為不同，但原理始終相同。這很容易擴展到讀取 N 個字節。

審核編輯：郭婷