《MiniPro STM32H750 开发指南》第三十二章 内部温度传感器实验

正点原子

1）实验平台：正点原子MiniPro STM32H750开发板
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4）MiniPro STM32H750技术交流QQ群:756580169

第三十二章 内部温度传感器实验

本章，我们将介绍STM32H750的内部温度传感器并使用它来读取温度值，然后在LCD模块上显示出来。
本章分为如下几个小节：
32.1 内部温度传感器简介
32.2 硬件设计
32.3 程序设计
32.4 下载验证


32.1 内部温度传感器简介
STM32H750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)。对于STM32H7系列来说，该温度传感器在内部和ADC3_INP18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。 STM32H750的内部温度传感器支持的温度范围为：-40~125度。精度为±3℃左右。
STM32H750内部温度传感器的使用很简单，只要设置一下内部ADC，并激活其内部温度传感器通道就差不多了。关于ADC的设置，我们在上一章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两个地方。
第一个地方，我们要使用STM32H750的内部温度传感器，必须先激活ADC的内部通道，这里通过ADC3_COMMON_CCR的VSENSEEN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，STM32H750的内部温度传感器固定的连接在ADC3的通道18上，所以，我们在设置好ADC3之后只要读取通道18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。计算公式如下：

                    

上式中：
TS_CAL1 是温度传感器在30℃时的校准值，固定保存在芯片内部的：0X1FF1 E820 ~ 0X1FF1 E821这两个地址（16位）。
TS_CAL2 是温度传感器在110℃时的校准值，固定保存在芯片内部的：0X1FF1 E840 ~ 0X1FF1 E841这两个地址（16位）。
TS_DATA：ADC3通道18读取到的当前温度传感器转换值。
利用以上公式，我们就可以方便的计算出当前温度传感器的温度了。
32.2 硬件设计
1. 例程功能
通过ADC3的通道18读取STM32H7内部温度传感器的电压值，并将其转换为温度值，显示在TFTLCD屏上。LED0闪烁用于提示程序正在运行。
2. 硬件资源
1）RGB灯
    RED : LED0 - PB4
2）串口1(PA9/PA10连接在板载USB转串口芯片CH340上面)
3）正点原子2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块(仅限MCU屏，16位8080并口驱动)
4）ADC3 通道18
5）内部温度传感器
32.3 程序设计
32.3.1 ADC的HAL库驱动
本实验用到的ADC的HAL库API函数前面都介绍过，具体调用情况请看程序解析部分。下面介绍读取内部温度传感器ADC值的配置步骤。
读取内部温度传感器ADC值配置步骤
1）开启ADC时钟
通过__HAL_RCC_ADC3_CLK_ENABLE函数开启ADC3的时钟。
2）设置ADC3，开启内部温度传感器
调用HAL_ADC_Init函数来设置ADC3时钟分频系数、分辨率、模式、扫描方式、对齐方式等信息。
注意：该函数会调用：HAL_ADC_MspInit回调函数来完成对ADC底层的初始化，包括：ADC3时钟使能、ADC3时钟源的选择等。
3）配置ADC通道并启动AD转换器
调用HAL_ADC_ConfigChannel()函数配置ADC3通道18，根据需求设置通道、序列、采样时间和校准配置单端输入模式或差分输入模式等。然后通过HAL_ADC_Start函数启动AD转换器。
4）读取ADC值，计算温度
这里选择查询方式读取，在读取ADC值之前需要调用HAL_ADC_PollForConversion等待上一次转换结束。然后就可以通过HAL_ADC_GetValue来读取ADC值。最后根据上面介绍的公式计算出温度传感器的温度值。
32.3.2 程序流程图

图32.3.2.1 内部温度传感器实验程序流程图

32.3.3 程序解析
1. adc3驱动代码
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。ADC3驱动源码包括两个文件：adc3.c和adc3.h。
adc3.h头文件只有一个宏定义和一些函数的声明，该宏定义如下：
#define ADC3_TEMPSENSOR_CHX             ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR
ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR就是ADC3通道18连接内部温度传感器的通道18宏定义。我们在定义为ADC3_TEMPSENSOR_CHX，可以让大家更容易理解这个宏定义的含义。
下面我们直接介绍adc3.c的程序，首先是ADC3初始化函数，其定义如下：
/**
* @brief      ADC3初始化函数
*   @note     本函数专用于支持ADC3, 和ADC1/2区分开来, 方便使用
*              我们使用16位精度, ADC采样时钟=32M, 转换时间为:采样周期 + 8.5个ADC周期
*              设置最大采样周期: 810.5, 则转换时间 = 819个ADC周期 = 25.6us
* @param      无
* @retval     无
*/
void adc3_init(void)
{
g_adc3_handle.Instance = ADC3;              /* 选择哪个ADC */
/* 输入时钟2分频,即adc_ker_ck=per_ck/2=32Mhz */
    g_adc3_handle.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_ASYNC_DIV2;
    g_adc3_handle.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_16B;      /* 16位模式  */
    g_adc3_handle.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;      /* 非扫描模式 */
    g_adc3_handle.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;  /* 关闭EOC中断 */
    g_adc3_handle.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE;           /* 自动低功耗关闭 */
    g_adc3_handle.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;        /* 关闭连续转换模式 */
g_adc3_handle.Init.NbrOfConversion = 1;  /* 赋值范围是1~16，本实验用到1个通道 */
/* 禁止常规转换组不连续采样模式 */
g_adc3_handle.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
/* 配置不连续采样模式的通道数，禁止常规转换组不连续采样模式后，此参数忽略 */
    g_adc3_handle.Init.NbrOfDiscConversion = 0;      
g_adc3_handle.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;   /* 软件触发 */
/* 采用软件触发的话，此位忽略 */
g_adc3_handle.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
/* 常规通道的数据仅仅保存在DR寄存器里面 */
g_adc3_handle.Init.ConversionDataManagement = ADC_CONVERSIONDATA_DR;   
/* 有新的数据后直接覆盖掉旧数据 */
g_adc3_handle.Init.Overrun = ADC_OVR_DATA_OVERWRITTEN;  
/* 设置ADC转换结果的左移位数 */
    g_adc3_handle.Init.LeftBitShift = ADC_LEFTBITSHIFT_NONE;   
    g_adc3_handle.Init.OversamplingMode = DISABLE;               /* 关闭过采样 */
    HAL_ADC_Init(&g_adc3_handle);                                   /* 初始化 */

HAL_ADCEx_Calibration_Start(&g_adc3_handle, ADC_CALIB_OFFSET,
ADC_SINGLE_ENDED); /* ADC校准 */
}
该函数主要调用了两个HAL库函数，HAL_ADC_Init函数配置了选择哪个ADC、数据对齐方式、是否使用扫描模式等参数，HAL_ADCEx_Calibration_Start函数用于校准ADC。另外HAL_ADC_Init函数会调用它的MSP回调函数HAL_ADC_MspInit，该函数用来存放使能ADC和配置选择ADC时钟源等代码，其定义如下：
/**
* @brief       ADC底层驱动，引脚配置，时钟使能
                 此函数会被HAL_ADC_Init()调用
* @param       hadc:ADC句柄
* @retval      无
*/
void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    RCC_PeriphCLKInitTypeDef rcc_periph_clk_struct = {0};

    __HAL_RCC_ADC3_CLK_ENABLE();            /* 使能ADC3时钟 */

    rcc_periph_clk_struct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_ADC;
    rcc_periph_clk_struct.AdcClockSelection = RCC_ADCCLKSOURCE_CLKP;
    HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&rcc_periph_clk_struct);
}
下面是获得ADC转换后的结果函数，其定义如下：
/**
* @brief       获得ADC转换后的结果
* @param       ch: 通道号, ADC_CHANNEL_0~ADC_CHANNEL_19
* @retval      无
*/
uint32_t adc3_get_result(ADC_HandleTypeDef adc_handle, uint32_t ch)
{
    ADC_ChannelConfTypeDef adc_ch_conf = {0};

    adc_ch_conf.Channel = ch;                                    /* 通道 */
    adc_ch_conf.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;                    /* 序列 */
    adc_ch_conf.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_810CYCLES_5; /* 采样时间 */
    adc_ch_conf.SingleDiff = ADC_SINGLE_ENDED;               /* 单边采集 */
    adc_ch_conf.OffsetNumber = ADC_OFFSET_NONE;              /* 不使用偏移量的通道 */
    adc_ch_conf.Offset=0;                                        /* 偏移量为0 */
    HAL_ADC_ConfigChannel(&adc_handle, &adc_ch_conf);      /* 通道配置 */

    HAL_ADC_Start(&adc_handle);                                /* 开启ADC */

    HAL_ADC_PollForConversion(&adc_handle, 10);            /* 轮询转换 */
    return HAL_ADC_GetValue(&adc_handle);   /* 返回最近一次ADC规则组的转换结果 */
}
该函数先调用HAL_ADC_ConfigChannel函数设置通道的转换序列和采样时间等，再调用HAL_ADC_Start函数开启ADC，接着调用HAL_ADC_PollForConversion函数等待转换完成，最后调用HAL_ADC_GetValue函数获取转换后的当前结果。
下面介绍的是获取ADC某通道的转换多次后的平均值函数，函数定义如下：
/**
* @brief       获取通道ch的转换值，取times次,然后平均
* @param       ch      : 通道号, 0~19
* @param       times   : 获取次数
* @retval      通道ch的times次转换结果平均值
*/
uint32_t adc3_get_result_average(ADC_HandleTypeDef adc_handle,
uint32_t ch, uint8_t times)
{
    uint32_t temp_val = 0;
    uint8_t t;

    for (t = 0; t < times; t++)   /* 获取times次数据 */
    {
        temp_val += adc3_get_result(adc_handle, ch);
        delay_ms(5);
    }

    return temp_val / times;      /* 返回平均值 */
}
该函数用于多次获取ADC值，累加再取平均值，以提高准确度。
最后一个函数是获取内部温度传感器温度值函数，函数定义如下：
/**
* @brief       获取内部温度传感器温度值
* @param       无
* @retval      温度值(扩大了100倍,单位:℃.)
*/
short adc3_get_temperature(void)
{
    uint32_t adcx;
    short result;
    double temperature;
    float temp = 0;
    uint16_t ts_cal1, ts_cal2;
   
    ts_cal1 = *(volatile uint16_t *)(0X1FF1E820);          /* 获取TS_CAL1 */
    ts_cal2 = *(volatile uint16_t *)(0X1FF1E840);          /* 获取TS_CAL2 */
    temp = (float)((110.0 - 30.0) / (ts_cal2 - ts_cal1));/* 获取比例因子 */

/* 读取内部温度传感器通道,10次取平均 */
    adcx = adc3_get_result_average(adc3_handle, ADC3_TEMPSENSOR_CHX, 10);
    temperature = (float)(temp * (adcx - ts_cal1) + 30); /* 计算温度 */

    result = temperature *= 100;                              /* 扩大100倍. */
    return result;
}
该函数根据ADC3通道18采集温度传感器返回来的电压值代入32.1小节介绍的公式来计算出当前温度值。
2. main.c代码
在main.c里面编写如下代码：
int main(void)
{
    short temp;

    sys_cache_enable();                            /* 打开L1-Cache */
    HAL_Init();                                      /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(240, 2, 2, 4);         /* 设置时钟, 480Mhz */
    delay_init(480);                                /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                            /* 串口初始化为115200 */
    mpu_memory_protection();                      /* 保护相关存储区域 */
    led_init();                                      /* 初始化LED */
    lcd_init();                                      /* 初始化LCD */
    adc3_init();                                     /* 初始化ADC3(使能内部温度传感器) */

    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "Temperature TEST", RED);
    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);

    lcd_show_string(30, 120, 200, 16, 16, "TEMPERATE: 00.00C", BLUE);

    while (1)
    {

        temp = adc3_get_temperature(); /* 得到温度值 */

        if (temp < 0)
        {
            temp = -temp;
            lcd_show_string(30 + 10 * 8, 120, 16, 16, 16, "-", BLUE);/* 显示负号 */
        }
        else
        {
            lcd_show_string(30 + 10 * 8, 120, 16, 16, 16, " ", BLUE); /* 无符号 */
        }
/* 显示整数部分 */
        lcd_show_xnum(30 + 11 * 8, 120, temp / 100, 2, 16, 0, BLUE);
/* 显示小数部分 */
        lcd_show_xnum(30 + 14 * 8, 120, temp % 100, 2, 16, 0X80, BLUE);
        
        LED0_TOGGLE();  /* LED0闪烁,提示程序运行 */
        delay_ms(250);
    }
}
该部分的代码逻辑很简单，先是得到温度值，再根据温度值判断正负值，来显示温度符号，再显示整数和小数部分。
32.4 下载验证
将程序下载到开发板后，可以看到LED0不停的闪烁，提示程序已经在运行了。LCD显示的内容如图32.4.1所示：

图32.4.1 内部温度传感器实验测试图

大家可以看看你的温度值与实际是否相符合（因为芯片会发热，所以一般会比实际温度偏高）？