LM75 温度传感器使用

芯片简介

LM75 是一款低功耗、易于使用的数字温度传感器，支持 I2C 接口通信。它能够测量芯片本身的温度，输出分辨率为 0.5°C，同时支持可编程温度阈值和报警功能。该芯片适用于环境温度监测、热保护系统等应用场景。

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1. 芯片基本特性

• 测量范围：-55°C 至 +125°C
• 分辨率：0.5°C（9 位数据格式）
• 通信接口：I2C（支持标准模式和快速模式）
• 电源电压：+2.7V 至 +5.5V
• 功耗：
  • 正常模式：300µA
  • 关机模式：4µA
• 报警输出（OS 输出）：
  • 开漏输出，需外部上拉电阻。
  • 可配置为 比较器模式 或 中断模式。
  • 支持可编程故障队列，防止误触发。
• 可编程温度阈值：
  • TOS（超限报警温度）
  • THYST（滞回温度）

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2. I2C 通信特性

• 从设备地址：
  • 地址为 7 位，由固定的高 4 位（1001）和 3 位可配置的硬件地址（A2, A1, A0）组成。
  • 地址范围：1001 A2 A1 A0。
  • 支持读/写操作。
• 寄存器功能：

寄存器名称	地址（hex）	上电默认值	功能	读/写
Temperature	00	0000 0000	当前温度，只读寄存器	Read only
Configuration	01	00	配置寄存器，设置芯片工作模式	R/W
THYST	02	4B（75°C）	滞回温度寄存器	R/W
TOS	03	50（80°C）	超限温度寄存器	R/W

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3. 配置寄存器（Configuration Register）

配置寄存器用于设置芯片的工作模式和功能。寄存器位的定义如下：

位	功能	说明
D7–D5	保留位	必须设置为 0
D4–D3	Fault Queue	设置触发 OS 输出所需的连续故障次数（见下表）。
D2	OS Polarity	设置 OS 输出极性：0 为低电平有效，1 为高电平有效。
D1	Comparator/Interrupt	设置 OS 工作模式：0 为比较器模式，1 为中断模式。
D0	Shutdown	设置芯片工作状态：0 为正常模式，1 为关机模式（降低功耗）。

Fault Queue 设置（D4–D3 位）：

D4	D3	故障次数
0	0	1（默认值）
0	1	2
1	0	4
1	1	6

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4. 温度数据格式

• 温度数据存储在 Temperature 寄存器（地址 0x00）中，长度为 16 位。
• 数据格式：
  • 9 位有效数据（Bits D15–D7）。
  • D15：符号位（0 为正温度，1 为负温度）。
  • D7：最低有效位，表示 0.5°C。
  • D6–D0：无效位（忽略）。

UPPER BYTE	D15 (Sign bit)	D14	D13	D12	D11	D10	D9	D8	D7 (LSB 0.5°C)	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
Description	Sign bit (1 = Negative, 0 = Positive)	MSB 64°C	32°C	16°C	8°C	4°C	2°C	1°C	LSB 0.5°C	X	X	X	X	X	X	X

X = Don’t care

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5. OS 输出功能

• 输出类型：开漏输出（需外部上拉电阻）。
• 工作模式：
  • 比较器模式：
    • 温度 > TOS 时，OS 输出触发。
    • 温度 < THYST 时，OS 输出复位。
  • 中断模式：
    • 温度 > TOS 或 < THYST 时，OS 输出触发。
    • 必须通过一次读取操作复位 OS 输出。

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6. 快速使用步骤

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• 作为一个简单的IIC温度传感器，LM75的使用非常简单，所以很适合作为IIC功能的验证器件。
• IIC 器件的使用无非就以下几个方面
  1. 连线
  2. 器件地址
  3. 寄存器地址
  4. 初始化
  5. 读取温度

下面就围绕着这几个方面逐一讲解。

6.1 连线

• 我使用的是如下搭载了LM75的模块，有5个引脚，其中一个是OS引脚
• 要实现最简单的温度读取功能，只需要接其中4个引脚就够了VCC(2.7V-5.5V)、GND、SCL、SDA

6.2 器件地址

1. I2C 器件地址结构：
   • I2C 的器件地址通常由 高 7 位器件地址 和 最低 1 位读写位 组成：
     • 读操作：最低位为 1。
     • 写操作：最低位为 0。
2. LM75 的器件地址：
   • 固定部分：高 4 位为 1001。
   • 可配置部分：低 3 位由硬件地址引脚 A2, A1, A0 决定。
   • 通常情况下，硬件地址引脚配置为 000。
   • 如下图，使用焊锡进行跳线即可
3. 完整地址：
   • 当硬件地址为 A2 = 0, A1 = 0, A0 = 0 时，7 位器件地址为：1001000。
   • 根据 I2C 地址规则：
     • 写操作地址：1001 0000（十六进制为 0x90）。
     • 读操作地址：1001 0001（十六进制为 0x91）。

6.3 寄存器地址

最简单的使用只需要关注两个寄存器地址

• 配置寄存器（用于芯片初始化）
• 温度寄存器（用于温度读取）

6.4 初始化

• 读取温度前，首先需要进行初始化。
• 往配置寄存器0x01处，写入0x00即可
• 初始化成功后，该模块会亮灯

# 设置器件地址
device_address = 0x90

# 写入配置寄存器
iic_write_byte(device_address, register=0x01, data=0x00)

6.5 读取温度

• 读取0x00温度寄存器处的数据，LM75会首先传输温度的高字节的高位
• 由于低7位数据无效，读取出的原始数据直接右移 7 位即可
• 右移 7 位后，由于最低位表示的是 0.5℃的分辨率，所以还要除以2才得到真实的温度数据

# 设置器件地址
device_address = 0x90

# 读取温度寄存器
raw_temperature = iic_read_byte(device_address + 1, register=0x00)

# 数据处理
temperature = (raw_temperature >> 7) / 2.0