3. I2C实战：使用STM32读取温度传感器（如LM75）数据

好，咱们今天来点真家伙。前面讲了那么多I2C的理论，什么起始条件、停止条件、应答信号，说实话，光看波形图确实有点枯燥。我个人习惯是，学一个协议，必须上手调一个实际器件。今天我们就拿最常见的LM75温度传感器，配合STM32，把I2C通信完整走一遍。

LM75这个芯片，我估计做嵌入式的朋友都不陌生。它便宜、简单、皮实，非常适合用来做I2C的入门实战。你想想看，一个温度传感器，读出来的数据就是温度值，对不对？验证起来特别方便——你哈一口气，温度就变了，多直观。

3.1 LM75芯片简介

先简单介绍一下LM75。这是一个数字温度传感器，精度是0.125°C，分辨率9位。它通过I2C接口输出温度数据。默认的I2C地址是0x48（7位地址），但你可以通过A0、A1、A2三个引脚来配置，最多可以挂8个器件到同一条I2C总线上。

它的寄存器结构也很简单，主要就三个：

寄存器名称	地址	说明
温度寄存器	0x00	只读，存储当前温度值
配置寄存器	0x01	可读写，设置工作模式
THYST寄存器	0x02	设置迟滞温度
TOS寄存器	0x03	设置过温阈值

嗯，这里要注意，温度寄存器是16位的，但LM75只用了高9位。所以读出来的数据需要右移7位，才能得到真正的温度值。这个坑我当年踩过，读出来数据怎么都不对，后来才发现是移位没处理好。

3.2 硬件连接

硬件连接其实很简单。STM32的I2C外设，一般用PB6和PB7作为SCL和SDA。LM75这边，VCC接3.3V，GND接地，SCL和SDA分别上拉到3.3V（4.7kΩ电阻就行）。A0、A1、A2全部接地，这样地址就是0x48。

另外，LM75的OS引脚是开漏输出，可以接一个LED做温度报警指示。不过咱们这次只是读温度，不搞那么复杂。

3.3 STM32 I2C初始化

好，接下来看代码。我用的是STM32F103系列，HAL库。初始化I2C外设的步骤，说白了就是配置时钟、引脚、模式这些。

// I2C初始化函数
void MX_I2C1_Init(void)
{
    hi2c1.Instance = I2C1;
    hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;          // 100kHz标准模式
    hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
    hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;              // 主机模式，不需要自身地址
    hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
    hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
    hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
    hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
    hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
    
    if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

我个人习惯把时钟速度设成100kHz，也就是标准模式。虽然LM75支持400kHz快速模式，但100kHz更稳定，尤其当你的走线比较长的时候。我在一个项目里试过400kHz，结果因为线缆太长，波形都变形了，后来老老实实改回100kHz。

3.4 读取温度数据

读取LM75的温度数据，流程是这样的：

1. 主机发送起始条件
2. 主机发送器件地址（0x48左移1位，加上写位0）
3. LM75应答
4. 主机发送寄存器地址（0x00，指向温度寄存器）
5. LM75应答
6. 主机发送重复起始条件
7. 主机发送器件地址（0x48左移1位，加上读位1）
8. LM75应答
9. 主机读取2个字节（高字节在前，低字节在后）
10. 主机发送非应答信号
11. 主机发送停止条件

你看，这就是标准的I2C复合操作。HAL库封装了一个函数，叫HAL_I2C_Mem_Read，专门干这个事。

// 读取LM75温度
float LM75_ReadTemperature(void)
{
    uint8_t buf[2];
    int16_t raw;
    float temp;
    
    // 从LM75的0x00寄存器读取2个字节
    if (HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, 0x48 << 1, 0x00, 
                         I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, buf, 2, 100) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    
    // 组合成16位数据
    raw = (buf[0] << 8) | buf[1];
    
    // 右移7位，得到9位有效数据
    raw = raw >> 7;
    
    // 判断正负（LM75用补码表示负数）
    if (raw & 0x0100)  // 第9位为1，表示负数
    {
        raw = raw - 512;  // 补码转原码
    }
    
    // 温度值 = 原始值 * 0.5°C
    temp = raw * 0.5f;
    
    return temp;
}

3.5 主函数调用

主函数里就很简单了，初始化I2C，然后循环读温度，通过串口打印出来。

int main(void)
{
    float temperature;
    
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_USART1_UART_Init();
    MX_I2C1_Init();
    
    while (1)
    {
        temperature = LM75_ReadTemperature();
        printf("当前温度: %.2f °C\r\n", temperature);
        HAL_Delay(1000);  // 每秒读一次
    }
}

嗯，这里要注意，printf重定向到串口需要做一些配置，这个我就不展开了。你如果用的是串口调试助手，直接看打印出来的温度值就行。

3.6 常见问题与调试技巧

在实际调试中，我遇到过几个典型问题，分享给大家：

• 读出来全是0xFF：大概率是地址不对，或者上拉电阻没加。检查一下LM75的A0、A1、A2引脚电平。
• 读出来温度不变：可能是I2C通信根本没成功，用逻辑分析仪抓一下波形看看。
• 温度值跳变：可能是电源噪声太大，LM75的VCC和GND之间加一个0.1μF的退耦电容。

3.7 扩展思考

读LM75只是I2C实战的第一步。你想想看，如果我要挂多个LM75，怎么办？很简单，把它们的A0、A1、A2设成不同的电平组合，地址就不同了。比如第一个设成0x48，第二个设成0x49，以此类推。

另外，LM75还有一个很实用的功能——过温报警。你可以设置TOS和THYST寄存器，当温度超过阈值时，OS引脚会拉低。这个功能在工业控制中很常用，比如电机过热保护。

好了，今天的实战就到这里。你按照这个流程走一遍，应该能顺利读到温度数据。如果遇到问题，别急，先检查硬件连接，再用逻辑分析仪看波形，基本都能解决。下一章我们讲更复杂的传感器——用I2C读取加速度计的数据，那个更有意思。