在某项目中，我们采用了LM75A数字温度传感器来监测主控板的进风口和出风口温度。LM75A是一款基于I²C接口的高精度温度传感器，能够提供9位温度读数，并内置过温报警输出（O.S.引脚）。本文档旨在总结LM75A的寄存器定义、温度数据格式、配置建议、告警处理机制，以及基于mcpld_cli工具的实际操作示例，为后续的单板温度测量和过温策略设置提供参考。

1. 寄存器定义

LM75A 内部寄存器通过指针地址访问，定义如下：

寄存器名称	指针地址	寄存器值/位定义	描述
温度寄存器	0x00	D15-D7: 温度值 (MSB在前) D6-D0: 未定义	只读 • 二进制补码格式 • 1 LSB = 0.5°C • D15为符号位 (1=负温)
配置寄存器	0x01	1、D0: 关机控制 0=正常模式 1=低功耗关机 2、D1: 工作模式 0=比较器模式 1=中断模式 3、D2: O.S. 输出极性 0=低电平有效 1=高电平有效 4、D3-D4: 故障队列 设置触发 O.S.输出所需的连续故障次数（防止噪声误触发） 00=1次故障触发 01=2次 10=4次 11=6次 5、D5-D7: 保留 (写0)	读写 上电默认值: 00 00 0000 • 控制工作模式和噪声容错
THYST寄存器	0x02	1、D15-D7: 滞后温度值 2、D6-D0: 未定义	读写 • 滞后温度阈值 (单位同温度寄存器) • 上电默认值: 75°C
TOS寄存器	0x03	1、D15-D7: 超温阈值 2、D6-D0: 未定义	读写 • 超温报警阈值 (单位同温度寄存器) • 上电默认值: 80°C
产品ID寄存器	0x07	1、D7-D4: 1010 (0xA) 2、D3-D0: 0001 (0x1)	只读 • 固定值 0xA1 • 高4位 0xA: LM75A标识 • 低4位 0x1: 版本号

2. 温度数据格式

温度数据可从温度寄存器、TOS 和 THYST寄存器中读取，也可写入 TOS和THYST。数据采用9 位二进制补码格式，LSB = 0.5°C。

- 位宽：9 位有效数据（存储于寄存器的 D15-D7 位，D6-D0 未定义，通常为 0）

- 编码方式：

  - 正温度：D15 = 0

  - 负温度：D15 = 1（需按补码规则转换）

- 分辨率：1 LSB = 0.5°C

示例如下：

寄存器值（高9位）	计算过程	实际温度
0001 1001 (0x19)	25 × 0.5 = 12.5°C	+12.5°C
1110 0111 (0xE7)	补码转原码0001 1001 = 25 → -25 × 0.5 = -12.5°C	-12.5°C

编程注意事项：

- 读取温度：读取16位数据，提取高9位（`raw >> 7`）并乘以 0.5。

- 写入阈值：向TOS/THYST写入时，只需填充高9位有效数据，低7位可任意（通常写0）。

- 负温度转换：若读取的 16 位值最高位为 1，需进行补码转换（例如：`(int16_t)raw >> 7` 再乘以 0.5，注意符号扩展）。

代码示例：

int16_t raw = (data[0] << 8) | data[1];  // 合并16位数据

float temp = (raw >> 7) * 0.5f;       // 提取高9位并转换

注：raw是有符号16位整数，右移7位时会自动进行符号扩展，因此负温度值会正确保留。

3. 寄存器配置建议

针对进风口和出风口的不同应用场景，推荐以下配置值：

寄存器	进风口传感器	出风口传感器	配置原因
配置寄存器 (0x01)	0x0A (00001010)	0x0A (00001010)	1、工作模式：连续转换 2、报警极性：低电平有效（兼容多数MCU） 3、故障队列：4次容错（防瞬时干扰） 4、报警模式：比较器模式（自动复位）
THYST 滞后温度 (0x02)	0x4B00 (75°C)	0x5500 (85°C)	1、进风口：低于75°C解除报警（快速响应环境变化） 2、出风口：低于85°C解除报警（适应设备热惯性）
TOS 超温阈值 (0x03)	0x5000 (80°C)	0x5A00 (90°C)	1、进风口：>80°C报警（预防散热失效） 2、出风口：>90°C报警（避免核心过热损坏）

4. 告警处理

LM75A 的O.S.引脚在温度超过 TOS 时触发，并保持有效直到被清除。下图描述了超温信号输出与温度的关系：

4.1 准备阶段

- 硬件连接：将O.S引脚连接至CPLD的外部中断引脚，配置为下降沿触发。

- 初始化：通过I²C配置LM75A：

  - 设置 TOS（超温阈值）

  - 设置 THYST（滞后阈值）

  - 设置 O.S 模式（推荐中断模式 `OS_INTERRUPT=1`）

4.2 超温事件处理流程

1. OS 引脚下降沿触发 CPLD 中断。

2. 在中断服务程序（ISR）中：

   - 读取温度寄存器（`0x00`）——此操作会清除 O.S 锁存状态，释放引脚。

   - （可选）读取配置寄存器确认模式。

   - 比较读取的温度值与 TOS，确认超温。

   - 执行报警动作（如上报、点灯、记录日志）。

   - 设置软件标志 `over_temp_flag = true`。

4.3 恢复事件处理

在主循环或低优先级任务中，定期（如每秒）读取温度寄存器：

- 如果 `over_temp_flag == true` 且当前温度 < THYST：

  - 清除标志 `over_temp_flag = false`

  - 执行报警消除动作（如关闭报警灯、记录恢复日志）

4.4 常见问题及解决方案

现象	可能原因	解决方案
O.S.不触发	1、T_OS设置过高 2、OS_INTERRUPT配置错误	1、检查寄存器写入值 2、示波器监测I²C波形
O.S.不恢复	1、未读取温度寄存器 2、T_HYST迟滞值过小	1、确保ISR包含读取操作 2、增大T_HYST值
误触发	1、电源噪声干扰 2、温度波动大	1、增加滤波电容 2、调整fault_queue参数

5. I²C 读写示例

以下示例使用 `mcpld_cli` 工具进行 I²C 操作，LM75A 默认设备地址为 `0x48`。

操作	命令示例	说明
读取温度寄存器	mcpld_cli i2c-rd 0x48 0x0	返回16位温度值
读取配置寄存器	mcpld_cli i2c-rd 0x48 0x1	返回当前配置
写配置寄存器	mcpld_cli i2c-wr 0x48 0x1 0x18	写入配置值（如0x18）
读取 THYST 阈值	mcpld_cli i2c-rd 0x48 0x2	默认 75°C（0x4B00）
写THYST 阈值（-25°C）	mcpld_cli i2c-wr 0x48 0x2 0xe700	0xE700对应 -25°C
读取 TOS 阈值	mcpld_cli i2c-rd 0x48 0x3	默认 80°C（0x5000）
写 TOS 阈值（125°C）	mcpld_cli i2c-wr 0x48 0x3 0x7d00	0x7D00对应125°C
读取产品 ID	mcpld_cli i2c-rd 0x48 0x7	返回0xA1

6. 读取温度

使用专用命令读取指定传感器的温度（参数 0 表示传感器索引）：

mcpld_cli temp-read 0

7. 传感器配置与查询

mcpld_cli temp-cfg <sensor> <shutdown> <mode> <polarity> <fault_queue>

参数说明：

- `sensor`：传感器索引（0 表示第一个）

- `shutdown`：0=正常模式，1=低功耗关机

- `mode`：0=比较器模式，1=中断模式

- `polarity`：0=低电平有效，1=高电平有效

- `fault_queue`：0=1次，1=2次，2=4次，3=6次

配置示例：

命令示例	说明
mcpld_cli temp-cfg 0 0 0 0 0	正常、比较器、低有效、1次故障
mcpld_cli temp-cfg 0 1 0 0 0	关机模式
mcpld_cli temp-cfg 0 0 1 0 0	中断模式
mcpld_cli temp-cfg 0 0 0 1 0	高电平有效
mcpld_cli temp-cfg 0 0 0 0 1	故障队列 2 次
mcpld_cli temp-cfg 0 0 0 0 2	故障队列 4 次
mcpld_cli temp-cfg 0 0 0 0 3	故障队列 6 次
mcpld_cli temp-cfg 0 1 1 1 3	关机+中断+高有效+6次故障

8. T_hyst 和 T_os 阈值查询与配置

8.1 查询阈值

- 查询 THYST（类型 0）：`mcpld_cli temp-threshold-get 0 0`

- 查询 TOS（类型 1）：`mcpld_cli temp-threshold-get 0 1`

8.2 配置阈值

mcpld_cli temp-threshold <sensor> <type> <value>

- `type`：0=THYST，1=TOS

- `value`：温度值，支持正负，例如 `25.0` 或 `N25.0`（表示 -25.0）

示例：

命令示例	说明
mcpld_cli temp-threshold 0 0 25.0	设置 THYST 为 25.0°C
mcpld_cli temp-threshold 0 0 N25.0	设置 THYST 为 -25.0°C
mcpld_cli temp-threshold 0 1 125.0	设置 TOS 为 125.0°C
mcpld_cli temp-threshold 0 1 N25.0	设置 TOS 为 -25.0°C

9. 产品 ID 获取

mcpld_cli temp-get-id 0

10. 告警相关操作

10.1 触发与清除机制

触发条件：温度超过 TOS 时，O.S. 引脚变为有效（电平取决于配置）。

清除条件：通过 I²C 读取任意寄存器（如温度寄存器）可清除中断状态；进入关机模式也会清除。

再次触发：温度必须下降到 THYST 以下，再回升到 TOS 以上才能再次触发。

10.2 示例：阈值设置与中断观察

以下命令演示设置 THYST=26°C、TOS=28°C，观察中断触发与自动清除：

mcpld_cli temp-read 0

mcpld_cli temp-cfg 0 0 1 0 2

mcpld_cli temp-threshold-get 0 0

mcpld_cli temp-threshold-get 0 1

mcpld_cli temp-alert-status 0

mcpld_cli temp-threshold 0 0 26

mcpld_cli temp-threshold 0 1 28

mcpld_cli i2c-rd 0x48 0

mcpld_cli i2c-rd 0x48 1

- 温度高于 28°C 时触发中断，读取当前温度自动清除 

- 温度低于 26°C 时触发中断，读取当前温度自动清除