【ARM Cortex-M开发实战指南(基础篇)】第14章 内部温度传感器

开发环境：
MDK：Keil 5.30
STM32CubeMX：V6.4.0
MCU：STM32F103ZET6

14.1内部温度传感器工作原理

STM32 有一个内部的温度传感器，可以用来测量 CPU 及周围的温度(TA)。该温度传感器在内部和 ADCx_IN16 输入通道相连接，此通道把传感器输出的电压转换成数字值。温度传感器模拟输入推荐采样时间是 17.1μs。 STM32 的内部温度传感器支持的温度范围为： -40~125度。精度比较差，为±1.5℃左右。

STM32 内部温度传感器的使用很简单，只要设置一下内部 ADC，并激活其内部通道就差不多了。关于 ADC 的设置，我们在前面的章节已经进行了详细的介绍，这里就不再多说。接下来我们介绍一下和温度传感器设置相关的 2 个地方。

第一个地方，我们要使用 STM32 的内部温度传感器，必须先激活 ADC 的内部通道，这里通过 ADC_CR2 的 AWDEN 位（bit23）设置。设置该位为 1 则启用内部温度传感器。
第二个地方， STM32 的内部温度传感器固定的连接在 ADC 的通道 16 上，所以，我们在设置好 ADC 之后只要读取通道 16 的值，就是温度传感器返回来的电压值了。根据这个值，我们就可以计算出当前温度。STM32内置一个温度传感器，通过 ADC_IN16这个通道可以读出温度传感器的电压。其中给出了一个计算公式：

Temperature (in ℃) = {(V25- Vsense) / Avg_Slope} + 25

 公式中的 Vsense 就是在 ADC_IN16读到的数值。单位是V。
 Avg_Slope 就是温度与 ADC 数值转换的斜率。最小=4.0 典型=4.3 最大=4.6 单位是 mV/℃
 V25 最小=1.34V 典型=1.43V 最大=1.52V

现在，我们就可以总结一下 STM32 内部温度传感器使用的步骤了，如下：

1）设置 ADC，开启内部温度传感器。
关于如何设置 ADC，上一节已经介绍了，我们采用与上一节相似的设置。 不同的是上一节温度传感器是读取外部通道的值，而内部温度传感器相当与把通道端口连接在内部温度传感器上。所以这里，我们要开启内部温度传感器功能:

ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);

2）读取通道 16 的 AD 值，计算结果。
在设置完之后，我们就可以读取温度传感器的电压值了， 得到该值就可以用上面的公式计算温度值。

例如读到 Vsense= 1.30V。分别取 V25和 Avg_Slope 的典型值，
计算得到：(1.43 – 1.30)/0.0043 + 25 = 55.23
所以温度大约为 55℃。

 STM32内部温度传感器与 ADC 的通道16相连，与 ADC 配合使用实现温度测量；
 测量范围–40~125℃，精度±1.5℃。
 温度传感器产生一个随温度线性变化的电压，转换范围在2V < VDDA < 3.6V之间。

14.2内部温度传感器读取实现-标准库

内部ADC实现代码很简单，配置函数如下：

/**
  * @brief  ADC初始化
  * @param  None
  * @retval None
  */
void ADC_Configuration_Temp(void)
{
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);//12M  最大14M

    ADC_InitStructure.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;/*独立工作模式*/
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=DISABLE;/*单通道模式*/
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=DISABLE;/*单次模式*/
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;/*触发方式*/
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;/*右对齐*/
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel=1;/*转换数目*/

    ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);

    ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_16,1,ADC_SampleTime_239Cycles5); //设置输出通道等配置
    ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); //开启内部温度传感器

    ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);

    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));

    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
}

主函数也很简单：

/**
  * @brief     主函数
  * @param     None
  * @retval    int
  */
int main(void)
{
    uint32_t ad=0;
    uint8_t i=0;

    SysTick_Init();

    /*串口初始化*/
    USART_Config();

    /*ADC初始化*/
    ADC_Configuration_Temp();

    while(1)
    {
        ad=0;
        for(i=0;i<50;i++)
        {
            ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
            while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC));
            ad=ad+ADC_GetConversionValue(ADC1);
        } 
        ad=ad/50;
        printf("The current AD value = 0x%04X \r\n", ad); 
        printf("The current AD value = %f V \r\n",(float)ad / 4096 * 3.3); //实际电压
        printf("temperture =%f\r\n\r\n",(1.43-3.3/4095*ad)/0.0043+25);

        Delay_ms(1000);
        //Delay_ms(1000);
    }
}

值得注意的是，获取内部温度的核心代码就以下几行：

ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC));
ad=ad+ADC_GetConversionValue(ADC1);

只是为了防止偶然误差，这里求50次的均值。

14.3内部温度传感器读取实现-HAL库

14.3.1 STM32Cube生成工程

STM32F1通道16连接内部温度传感器，因此，只需配置相应的参数即可。我们在串口的例子的基础上进行配置。

串口通信（HAL库）

打开工程，打开Analog选项，配置ADC参数。

具体配置参数如下。

使能连续转换模式(Continuous Conversion Mode)。设置转换周期。其他为默认设置。

值得注意的是，ADC 的输入时钟不得超过14MHz，它是由PCLK2经分频产生，需要调整ADC输入的分频系数。

然后生成工程即可。

14.3.2内部温度传感器具体代码

内部温度数据采集和普通ADC采集数据一样，其编程流程：

1.硬件等初始化；
2.串口、ADC等参数配置；
3.校准ADC，处理ADC数据；

主函数很简单：

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  float ADC_ConvertedValueLocal;
  uint32_t ADC_ConvertedValue;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_ADC1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);  //校准
  HAL_ADC_Start(&hadc1);   //开启

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */

    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,50);  //等待转换完成

    if(HAL_IS_BIT_SET(HAL_ADC_GetState(&hadc1), HAL_ADC_STATE_REG_EOC))
    { 
      ADC_ConvertedValue = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);

      ADC_ConvertedValueLocal =(float) ADC_ConvertedValue/4096*3.3; // 读取转换的AD值
      printf("The current AD value = 0x%04X \r\n", ADC_ConvertedValue); 
      printf("The current AD value = %f V \r\n",ADC_ConvertedValueLocal); //实际电压值
      printf("temperture =%f\r\n\r\n",(1.43-3.3/4095*ADC_ConvertedValue)/0.0043+25);
    }
    HAL_Delay(1000);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

以上是采用查询方式实现，关于更多的实现方式请参考笔者博客。

模拟输入输出-ADC（HAL库）

14.4实验现象

将程序编译好后下载到板子中，通过串口助手可以看到在接收区有温度值输出。

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