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)：0x50（Base 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1；
3.第 2 次逼近：调整试探值为。
比较：输出 bit 为0；
4.第 3 次逼近：调整试探值为。
比较：输出 bit 为1；
5.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 - 0xFF）
10-bit：分段数为（范围 0 - 1023）
12-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。
