将 I2C 传感器 (DS1624) 读数转换为数字

Question

首先，抱歉标题令人困惑。这里已经很晚了，我想不出更好的。

所以，我有一个 I2C 温度传感器，可以将当前温度输出为 16 位字。从左到右读取，第 1 位是 MSB，第 13 位是 LSB，所以 13 位是有效载荷，最后 3 位是零。我想用 Raspberry Pi 读出那个传感器并转换数据。

第一个字节（8 位）是当前温度的整数部分。当且仅当温度为负时，整个单词的二进制补码必须被构建。

第二个字节是小数部分，必须乘以0.03125。

因此，仅举几个例子（TEMP DIGITAL OUTPUT (Binary) / DIGITAL OUTPUT (Hex)，取自此处的数据表http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS1624.pdf）

 +125˚C    | 01111101 00000000 | 7D00h
+25.0625˚C | 00011001 00010000 | 1910h
+½˚C       | 00000000 10000000 | 0080h
0˚C        | 00000000 00000000 | 0000h
-½˚C       | 11111111 10000000 | FF80h
-25.0625˚C | 11100110 11110000 | E6F0h
-55˚C      | 11001001 00000000 | C900h

由于字节顺序不同，读取传感器时字节顺序会颠倒，这不是问题。 例如，第一行会变成 0x007D 而不是 0x7D00，0xE6F0 会变成 F0E6，等等……

但是，一旦我为负值构建了二进制补码，我就无法得出正确的转换。

我想出的（不适用于负值）是：

import smbus
import time
import logging

class TempSensor:
"""

Class to read out an DS1624 temperature sensor with a given address.

DS1624 data sheet: http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS1624.pdf

Usage:

    >>> from TempSensor import TempSensor
    >>> sensor = TempSensor(0x48)
    >>> print "%02.02f" % sensor.get_temperature()
    23.66

"""

# Some constants
DS1624_READ_TEMP = 0xAA
DS1624_START = 0xEE
DS1624_STOP = 0x22

def __init__(self, address):
    self.address = address
    self.bus = smbus.SMBus(0)

def __send_start(self):
    self.bus.write_byte(self.address, self.DS1624_START);

def __send_stop(self):
    self.bus.write_byte(self.address, self.DS1624_STOP);

def __read_sensor(self):         
    """    
    Gets the temperature data. As the DS1624 is Big-endian and the Pi Little-endian, 
    the byte order is reversed.

    """            

    """
    Get the two-byte temperature value. The second byte (endianness!) represents
    the integer part of the temperature and the first byte the fractional part in terms
    of a 0.03125 multiplier.
    The first byte contains the value of the 5 least significant bits. The remaining 3
    bits are set to zero.
    """
    return self.bus.read_word_data(self.address, self.DS1624_READ_TEMP)        

def __convert_raw_to_decimal(self, raw):
    # Check if temperature is negative
    negative = ((raw & 0x00FF) & 0x80) == 0x80

    if negative:
        #  perform two's complement
        raw = (~raw) + 1

    # Remove the fractional part (first byte) by doing a bitwise AND with 0x00FF
    temp_integer = raw & 0x00FF

    # Remove the integer part (second byte) by doing a bitwise AND with 0XFF00 and
    # shift the result bits to the right by 8 places and another 3 bits to the right 
    # because LSB is the 5th bit          
    temp_fractional = ((raw & 0xFF00) >> 8) >> 3

    return temp_integer + ( 0.03125 * temp_fractional)

def run_test(self):
    logging.basicConfig(filename='debug.log', level=logging.DEBUG)

    # Examples taken from the data sheet (byte order swapped)
    values = [0x7D, 0x1019, 0x8000, 0, 0x80FF, 0xF0E6, 0xC9]

    for value in values:
        logging.debug('value: ' + hex(value) + ' result: ' + str(self.__convert_raw_to_decimal(value)))

def get_temperature(self):
    self.__send_start();
    time.sleep(0.1);
    return self.__convert_raw_to_decimal(self.__read_sensor())

如果您运行 run_test() 方法，您就会明白我的意思。所有负值都是错误的。

我得到的结果是：

DEBUG:root:value: 0x7d result: 125.0
DEBUG:root:value: 0x1019 result: 25.0625
DEBUG:root:value: 0x8000 result: 0.5
DEBUG:root:value: 0x0 result: 0.0
DEBUG:root:value: 0x80ff result: 1.46875
DEBUG:root:value: 0xf0e6 result: 26.03125
DEBUG:root:value: 0xc9 result: 55.96875

所以，我已经为此努力了好几个小时，但似乎我缺乏按位运算的基础知识。我认为问题在于当值为负时使用逻辑 AND 进行屏蔽。

编辑：网络上有几个实现。它们都不适用于负温度。我尝试将传感器实际放入冰水中。我还没有尝试过 Arduino C++ 版本，但是从源代码来看，它似乎根本没有构建二进制补码，所以也没有负温度 (https://github.com/federico-galli/Arduino-i2c-temperature-sensor-DS1624/blob/master/DS1624.cpp)。

Answer 1

两件事，你已经把你的面具转过来了，raw & 0x00ff 是小数部分，而不是整数部分，第二，这是我的解决方案，考虑到你表中的输入，这似乎对我有用：

import struct

def convert_temp (bytes):
    raw_temp = (bytes & 0xff00) >> 8
    raw_frac = (bytes & 0x00ff) >> 3

    a, b = struct.unpack('bb', '{}{}'.format(chr(raw_temp), chr(raw_frac)))
    return a + (0.03125 * b)

在处理更基本的数据类型（例如有符号字节）时，struct 模块真的很漂亮。希望这会有所帮助！

编辑：忽略你的面具上的评论，我现在看到了我自己的错误。你可以切换字节，应该没问题。

结构说明： Struct.(un)pack 都接受 2 个参数，第一个是指定结构属性的字符串（用 C 语言思考）。在 C 中，结构只是一堆字节，其中包含一些关于它们的类型的信息。第二个参数是你需要解码的数据（它需要是一个字符串，解释讨厌的 format()）。

我似乎无法真正进一步解释它，我认为如果您阅读了 struct 模块和 C 中的结构，并意识到结构只不过是一堆字节，那么您应该没问题:)。

至于二进制补码，即有符号字节的正则表示，无需转换。您遇到的问题是 Python 不理解 8 位整数和符号。例如，您可能有一个有符号字节 0x10101010，但如果您在 Python 中使用 long()，它不会将其解释为有符号的 8 位 int。我的猜测是，它只是将其放入 32 位 int 中，在这种情况下，符号位被解释为只是第 8 位。

struct.unpack('b', ...) 所做的实际上是将这些位解释为 8 位有符号整数。不确定这是否使它更清晰，但我希望它有所帮助。