1. I2C 总线典型设备应用在嵌入式开发中I2C 是一种非常常见的同步串行通信协议。以下是两种典型 I2C 外设的特性与参数1.1 EEPROM (AT24C02)存储容量2Kbit 256 Bytes。设备地址 (I2C Slave Address)0x50Base Address。主要用途用于断电后保存关键配置数据或系统参数。1.2 数字温度传感器 (LM75)LM75 是一款常见的数字温度传感器内置 ADC 采样与温度计算模块。设备地址0x48工作电压2.7V - 5.5V测温范围-55℃ 125℃测量精度±2℃ ±3℃分辨率9位即最小分辨温度为内部寄存器温度寄存器地址0x00数据读取规则每次读取2 个字节的温度数据数据为高位对齐需舍弃低 7 位后进行有效温度换算。硬件加速可开启 FPU (协处理器 CP11) 进行浮点数运算加速。应用场景举例高危液体存储告警系统实时监控环境温度与液位电压。2. ADC (模数转换器) 核心原理2.1 模拟信号与采样过程自然界中的温度、压力、液位 (m) 等物理量均为模拟信号。微控制器MCU通过传感器将这些物理量转化为模拟电压值 (v)后需要通过ADC (Analog-to-Digital Converter)将其转化为数字信号。采样频率 (Sampling Rate)单位时间内对模拟信号的采样次数Hz。根据奈奎斯特定理采样频率必须大于信号最高频率的 2 倍。2.2 逐次逼近法 (SAR ADC) 与二分查找原理大多数 MCU 内置的 ADC 采用逐次逼近法 (Successive Approximation)其基本思想类似于二分查找法。内部硬件主要由比较器、DAC 和逐次逼近寄存器 (SAR) 组成1.假设基准电压为待测电压;2.第 1 次逼近试探中间值。比较输出 bit 为13.第 2 次逼近调整试探值为。比较输出 bit 为04.第 3 次逼近调整试探值为。比较输出 bit 为15.依次类推直到达到要求的位数分辨率完成数值逼近。2.3 分辨率与电压转换公式ADC 的分辨率 (Resolution)决定了可量化的最小电压变动8-bit分段数为范围 0x00 - 0xFF10-bit分段数为范围 0 - 102312-bit分段数为范围 0 - 4095主流 MCU 常用16-bit高精度常见于 DSP 或专用外置 ADC 芯片采样电压计算通用公式示例若 ADC 为10 位分辨率基准电压采样读出的数字量为:3. 常见信号滤波算法总结由于传感器环境噪声干扰直接读取的 ADC 数据往往包含误差需要通过软件滤波算法提升数据平滑度与稳定性1.均值滤波 (Mean Filter)原理连续采样 N次求算术平均值。适用消除随机干扰适用于平稳变化的信号如温度。2.高通滤波 (High-Pass Filter)原理允许高频信号通过滤除低频趋势基线漂移。适用快速突变信号检测。3.低通滤波 (Low-Pass Filter)原理允许低频信号通过减弱高频噪声干扰。适用消除高频抖动噪声。4.卡尔曼滤波 (Kalman Filter)原理基于状态空间模型的预测与更新算法结合系统预测值和测量值计算最优估计。适用高精度实时跟踪、预测性降噪及复杂动态系统。