Не думаю, а вижу по Вашему коду. Пусть data = 10, i=0. Нулевой элемент массива = 20. Первое условие 10==20 не выполняется. Второе условие 10<20 - выполняется. Возвращаем "i-1", что равно "0-1", что равно 0xFF.

Поэтому логично было бы иметь не два условия, а одно, if (data <= table[i]) return i;

да, так
только если
data = 24;
при условии

вернет 4
а нужно бы на градус меньше, т.е. 3

так поуменьшите все числа в таблице на 1. Короче, не алгоритм подпиливают под таблицу, а таблицу под алгоритм.

А что же не сделать линейную интерполяцию между ячейками таблицы?

Я, конечно, не автор, но, думаю, в задаче нет требования искать доли градуса. Поэтому достаточно найти, между какими значениями искомый целочисленный градус находится.

в задаче температура нужна с точностью 5 градусов.