STM32F4 内部温度传感器（Internal Temperature Sensor）

1320 字

7 分钟

STM32F4 内部温度传感器（Internal Temperature Sensor）

2024-12-04

嵌入式裸机开发

STM32F4

/

DMA

STM32F4系列MCU内置有温度传感器，用于采集片内温度，其绑定在ADC1的IN18通道，CubeMX中显示为”Temperature sensor channel”。

ADC配置#

ADC的结构体hadc1配置如下：

1
  hadc1.Instance = ADC1;
2
  hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
3
  hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
4
  hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
5
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
6
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
7
  hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
8
  hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
9
  hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
10
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
11
  hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
12
  hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;

ClockPrescaler：预分频系数，默认为PCLK2 / 4，此例为90 / 4 = 22.5MHz
Resolution：ADC分辨率，可选有 12 位、10 位、8 位和 6 位。分辨率越高，转换数据精度越高，转换时间也越长；反之分辨率越低，转换数据精度越低，转换时间也越短。
ScanConvMode：是否使用扫描。多通道启用，单通道禁用。
ContinuousConvMode：启用为自动连续转换，禁用为单次转换。如果设置为单次转换，那么每次转换后都要人工介入才能开启新的转换
DiscontinuousConvMode：配置是否使用不连续的采样模式。该参数只有在ScanConvMode启用，且ContinuousConvMode关闭的情况下才有效
ExternalTrigConv：外部触发方式选择。若为软件触发则外部触发会关闭。
ExternalTrigConvEdge：外部触发极性选择（禁止触发检测、上升沿检测、下降沿检测或均可）
DataAlign：数据对齐方式，默认右对齐
NbrOfConversion：常规转换通道数目，范围1~16
DMAContinuousRequests：指定DMA请求是否以一次性模式执行（达到转换次数时DMA传输停止）或在连续模式下执行（DMA传输无限制，无论转换数量如何）。在连续模式下执行时，DMA必须配置在循环（Circular）模式，否则DMA传输缓冲区被填满时将发生溢出。
EOCSelection：指定转换结束后是否产生EOS中断或事件参数

STM32F429的ADC总转换时间可以通过下式计算：

T_{conversion} = T_{sampling} + 12 \times T_{adc}

对于每个ADC通道，采样时间可以通过ADC_SMPR1（用于通道10-18）或ADC_SMPR2（用于通道0-9）寄存器的相应位来配置。例如，通道0的采样时间是通过ADC_SMPR2的SMPR2[2:0]位设置。采样时间也可在adc.c中用代码定义，通常默认为3个ADC周期（SMP=000），可获得最快的采样速度：

1
 /** Configure for the selected ADC regular channel its corresponding rank in the sequencer and its sample time.
2
  */
3
  sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR;
4
  sConfig.Rank = 1;
5
  sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;

12个周期由ADC输入时钟ADC_CLK决定，其由APB2（即PCLK2）分频产生，在ClockPrescaler中可修改。

若采样时间为3个ADC周期，则ADC转换总时间为15个ADC周期，APB2时钟频率为90MHz，PCLK2/4分频后为22.5MHz，那么转换时间就是0.6667us。

DMA配置#

启用DMA2，ADC1转换后的原始数据存储到16位缓冲区Rx_Buf中。由于ADC分辨率为12位，即采回的数据为12位，正好能够被16位缓冲区存下，便于后续观察和管理内存中的采样值。如果用32位缓冲区，一个区域会存两个采样值，不方便查看和后续的转换。

采样#

ADC直接采样会存在跳变或抖动，通常需要进行一定的软件滤波，最常见的方法是简单平均法。

1
/*
2
    @ brief:ADC采样并取平均
3
    @ param:times:平均次数
4
    @ return:计算得到的平均值
5
*/
6
uint16_t adc1_get_average_value(uint8_t times)
7
{
8
  uint16_t temp_value = 0;
9
  uint8_t t;
10

11
  /* ADC 配置在单次模式，每次采样都需要手动重启ADC服务 */
12
  HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t *) Rx_Buf, Rx_Buf_Size);  //强制转换Rx_Buf为32位以满足形参限制
13

14
  /* 采样值取平均 */
15
  for (t = 0; t < times; t++)
16
  {
17
    temp_value = temp_value + HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
18
    HAL_Delay(5);
19
  }
20

21
  /* 返回平均值 */
22
  return temp_value / times;
23
}

因分辨率为12位，ADC每次采样返回的数值即为12位无符号整型（十进制0~4095）。DMA将会传输每一次的采样值至缓冲区，为了能够更好的查看每一次返回的数值，该例程事先将缓冲区定义成了uint16_t类型，这样缓冲区数组的每一个单元正好能够存下一个采样值。在调用ADC采样函数时，只需要将其声明为uint32_t类型指针，这样DMA会按4个字节（32位）来传输数据。DMA本身并不关心传输的采样值到底是几位的，他只会读取4个字节的数据然后传递至内存，因此，每两个 uint16_t 数据（即 2 个采样值）会合并成一个 uint32_t，在内存中形成连续的数据块。

以此类推，如果采样值为8位(uint8_t)，那么DMA每次将会打包4个采样值为一个uint32_t数值传回同样定义为uint8_t的缓冲区然后解包，缓冲区中的每个单元都显示一个采样值。

然后进行温度的读取。温度传感器换算公式为（单位为摄氏度）：

T = ((V_{sense}-V_{25})/AvgSlope) + 25

式中参数取典型值，有 $V_{25}=0.76$ ， $AvgSlope = 2.5mv/℃$ 采集温度：

1
/*
2
    @ brief:采集温度
3
    @ param:NULL
4
    @ return:温度值（short）
5
*/
6
double read_temperature(void)
7
{
8
  uint16_t adc_value;
9
  double temperature; //返回温度为双精度值
10

11
  adc_value = adc1_get_average_value(10);
12

13
  temperature = ((float)adc_value * 3.3 / 4096.0 - 0.76) / 0.0025 + 25.0;
14

15
  return temperature;
16
}

main.c：

1
  ic_temp = read_temperature();
2

3
  uint8_t txbuf[15];
4
  sprintf(txbuf, "temp is: %.2f\n", ic_temp); //转换为字符串
5

6
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)txbuf, strlen(txbuf), 0xFFFF);  //串口轮询发送温度值