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。

32.1 内部温度传感器简介
& {. [& a' {! t8 p1 _4 iSTM32H750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。
1 [6 ?! y+ p5 o; j' m2 ~( x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：

1.       ×(TS_DATA - TS_CAL1)+30

复制代码

6 p# ]! t: M3 j! f4 i上式中：
/ v& m0 c" \  L  @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）。
% ^% Y+ I, Q9 rTS_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。
$ I0 Y: t; R0 B) A  [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。
* c9 u  L. C4 I9 p0 @( }7 A/ y" l) H2.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)
7 q8 Z8 b! t4 t8 [7 Z' e9 ]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)
  \% R, v1 q7 s2 a4）ADC3 通道18
# i7 G+ f. s$ l* ^1 D7 d3 S  V5）内部温度传感器

  T0 L/ I: s/ }  d32.3 程序设计
32.3.1 ADC的HAL库驱动
  ^2 X  R8 v3 k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。
2 d  k6 ^$ c+ F. F读取内部温度传感器ADC值配置步骤
# l; @5 p# ?: I' C7 L, h1）开启ADC时钟
* V/ o* F. R+ }通过__HAL_RCC_ADC3_CLK_ENABLE函数开启ADC3的时钟。
" q  \) I, ?: ~. J$ o2）设置ADC3，开启内部温度传感器
3 d* p& ?4 x) ]# M4 Z- M. X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。
5 O# X, W7 p! q8 X6 ~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。
9 \% M+ R$ N$ l1 A: X4 B5 F9 J3）配置ADC通道并启动AD转换器
1 r. `* x% }5 f! j( X! M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。
1 E8 T+ U. Q9 v0 t4 B4）读取ADC值，计算温度
4 q! \, c0 X, D- L( o& E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。
$ h# K* F( m, q% @, s32.3.2 程序流程图


. R, M4 J" d) I
- F, A+ f: E+ P/ g8 g' }图32.3.2.1 内部温度传感器实验程序流程图

; Z8 Y1 p4 O! z0 |32.3.3 程序解析
: M% A& r3 l( j" z; ^4 n2 n9 p! a1.adc3驱动代码
/ v( b* x$ P- i! x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。
; n$ d. a' K: y7 t; y0 F  Madc3.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
. Z. J9 c% J  C6 f- v! P" PADC_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。
$ I, ^* r3 n. x9 H0 \% Q' m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：

1. /**
   - P1 e) x" e+ e) @; o3 t7 z: N
2. * @brief      ADC3初始化函数
   
3. *   @note     本函数专用于支持ADC3, 和ADC1/2区分开来, 方便使用
   
4. *              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
   
5. *              设置最大采样周期: 810.5, 则转换时间 = 819个ADC周期 = 25.6us
   
6. * @param      无
   2 Q$ \1 H6 `. f- A! @
7. * @retval     无
   
8. */
   
9. void adc3_init(void)
   
10. {
    ; Y, Q% W3 g) G* T
11. g_adc3_handle.Instance = ADC3; /* 选择哪个ADC */
    
12. 
    6 f2 ^4 R% C' J' T1 x, a
13. /* 输入时钟2分频,即adc_ker_ck=per_ck/2=32Mhz */
    
14.     g_adc3_handle.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_ASYNC_DIV2;
    0 k# T& i' |- U* j
15.     g_adc3_handle.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_16B;      /* 16位模式  */
    
16.     g_adc3_handle.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;      /* 非扫描模式 */
    ! U7 O( e8 ~( c1 q  o0 n
17.     g_adc3_handle.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;  /* 关闭EOC中断 */
    6 \8 C4 U( Y2 w$ D) _) u4 _* R
18.     g_adc3_handle.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE;           /* 自动低功耗关闭 */
    - c6 J( e+ k- O8 R
19.     g_adc3_handle.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;        /* 关闭连续转换模式 */
    
20. g_adc3_handle.Init.NbrOfConversion = 1;  /* 赋值范围是1~16，本实验用到1个通道 */
    3 `3 J! U6 u: S" i+ K6 g
21. /* 禁止常规转换组不连续采样模式 */
    
22. g_adc3_handle.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    * I% Q) u0 o; ]9 F; d* g
23. /* 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 */
    # Q5 X  {$ ]! ^& Y6 P* p( I
24.     g_adc3_handle.Init.NbrOfDiscConversion = 0;      
    9 ~2 I" `3 }- f7 B; z0 _
25. g_adc3_handle.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;   /* 软件触发 */
    : e' H2 K" B& A. F
26. /* 采用软件触发的话，此位忽略 */
    ! X* P& I1 `" H  o
27. g_adc3_handle.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    
28. /* 常规通道的数据仅仅保存在DR寄存器里面 */
    
29. g_adc3_handle.Init.ConversionDataManagement = ADC_CONVERSIONDATA_DR;   
    
30. /* 有新的数据后直接覆盖掉旧数据 */
    5 ^, f/ w) @& D: m  ~5 d
31. g_adc3_handle.Init.Overrun = ADC_OVR_DATA_OVERWRITTEN;  
    
32. /* 设置ADC转换结果的左移位数 */
    
33.     g_adc3_handle.Init.LeftBitShift = ADC_LEFTBITSHIFT_NONE;   
    3 ~# j7 _, K' i: E( @, Y
34.     g_adc3_handle.Init.OversamplingMode = DISABLE;               /* 关闭过采样 */
    4 I0 ]8 Z/ M6 g& B' W/ e2 D( B
35.     HAL_ADC_Init(&g_adc3_handle);                                   /* 初始化 */
    
36. 
    
37. HAL_ADCEx_Calibration_Start(&g_adc3_handle, ADC_CALIB_OFFSET,
    : R) |7 ?/ N" e7 Y7 K7 I
38. ADC_SINGLE_ENDED); /* ADC校准 */
    
39. }

复制代码

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：
" W0 E, c7 i. n1 ?! `& K
! l& _) g- U. _( V; A- F# `

1. /**
   
2. * @brief       ADC底层驱动，引脚配置，时钟使能
   
3.                  此函数会被HAL_ADC_Init()调用
   ! z( l$ }1 R* C& N+ G: X- j4 A
4. * @param       hadc:ADC句柄
   5 Q- h8 U5 a$ }1 c9 m8 Q- a
5. * @retval      无
   
6. */
   
7. void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* hadc)
   
8. {
   / Q, H) u) J+ j6 L
9.     RCC_PeriphCLKInitTypeDef rcc_periph_clk_struct = {0};
   , l( ?$ h2 U% C0 a
10. 
    - b; u9 ^/ h$ O- s( o+ I5 |
11.     __HAL_RCC_ADC3_CLK_ENABLE();            /* 使能ADC3时钟 */
    
12. 
    
13.     rcc_periph_clk_struct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_ADC;
    $ n/ Q0 r3 p- [% b! A: N
14.     rcc_periph_clk_struct.AdcClockSelection = RCC_ADCCLKSOURCE_CLKP;
    
15.     HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&rcc_periph_clk_struct);
    
16. }
    
17. 下面是获得ADC转换后的结果函数，其定义如下：
    : j9 \  z9 b. b+ r
18. /**
    0 |  m; x. ]) a' K4 v$ q8 d
19. * @brief       获得ADC转换后的结果
    # F0 ^. o4 U7 |) R# z" ]+ i6 }
20. * @param       ch: 通道号, ADC_CHANNEL_0~ADC_CHANNEL_19
    
21. * @retval      无
    
22. */
    & T! p5 u! u! v4 ?' z. ~, e
23. uint32_t adc3_get_result(ADC_HandleTypeDef adc_handle, uint32_t ch)
    
24. {
    4 E, R5 L) i4 m! |  k5 L) M" Y
25.     ADC_ChannelConfTypeDef adc_ch_conf = {0};
    
26. 
    6 I$ C8 D9 h' s" N: b4 P' G# ^" ]
27.     adc_ch_conf.Channel = ch;                                    /* 通道 */
    * s$ E+ R- o4 o
28.     adc_ch_conf.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;                    /* 序列 */
    5 m' w8 c. V( C9 y: A8 m0 A5 y6 n
29.     adc_ch_conf.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_810CYCLES_5; /* 采样时间 */
    5 ~# ?" E- u* b6 P6 _, L
30.     adc_ch_conf.SingleDiff = ADC_SINGLE_ENDED;               /* 单边采集 */
    - Q; j7 f$ E; V. s( F- t" R
31.     adc_ch_conf.OffsetNumber = ADC_OFFSET_NONE;              /* 不使用偏移量的通道 */
    2 p& w6 y- T2 I# D! u" i
32.     adc_ch_conf.Offset=0;                                        /* 偏移量为0 */
    8 w( ]3 N( f' g% O4 r% w3 J
33.     HAL_ADC_ConfigChannel(&adc_handle, &adc_ch_conf);      /* 通道配置 */
    
34. 
    & B+ P( o3 v: ?" z" N
35.     HAL_ADC_Start(&adc_handle);                                /* 开启ADC */
    
36. 
    & u; y# O5 I9 a% @( _, |
37.     HAL_ADC_PollForConversion(&adc_handle, 10);            /* 轮询转换 */
    
38.     return HAL_ADC_GetValue(&adc_handle);   /* 返回最近一次ADC规则组的转换结果 */
    5 M+ l$ R5 l0 R4 A" V( Z4 O% t
39. }
    1 r) }# `& Z/ m0 }% f

复制代码

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：

' n/ @4 @6 M$ |( z! x  `+ M+ }

1. /**
   + C- B5 \) _' P1 n) A: i( l
2. * @brief       获取通道ch的转换值，取times次,然后平均
   ) m% g5 ]2 _- v+ j# I* ]
3. * @param       ch      : 通道号, 0~19
   
4. * @param       times   : 获取次数
   : x; [# Y6 D! Y# o3 }
5. * @retval      通道ch的times次转换结果平均值
   
6. */
   
7. uint32_t adc3_get_result_average(ADC_HandleTypeDef adc_handle,
   5 m. P) K1 `5 j( H5 g$ J
8. uint32_t ch, uint8_t times)
   
9. {
   . u9 E; A4 ^6 L0 }2 w
10.     uint32_t temp_val = 0;
    - a5 z% ?  ^3 R2 Z9 j( v7 ^
11.     uint8_t t;
    
12. 
    9 b: z! r! ?0 m2 T
13.     for (t = 0; t < times; t++)   /* 获取times次数据 */
    
14.     {
    . b/ f; m1 g& V9 F! X
15.         temp_val += adc3_get_result(adc_handle, ch);
    
16.         delay_ms(5);
    % M6 T$ r: l- }" B* |
17.     }
    
18. 
    
19.     return temp_val / times;      /* 返回平均值 */
    
20. }
    ) F  l) Q3 Y) e
21. 该函数用于多次获取ADC值，累加再取平均值，以提高准确度。
    6 x0 Z3 N* N& V0 m
22. 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：
    
23. /**
    
24. * @brief       获取内部温度传感器温度值
    $ k4 n8 `1 r2 _4 b" i0 c9 q" ~
25. * @param       无
    / [# ^: `/ u" `
26. * @retval      温度值(扩大了100倍,单位:℃.)
      ~7 N( p# u& ]* u9 f' P) y
27. */
    ! r6 m  C( v9 Y2 J& N0 I+ H; j
28. short adc3_get_temperature(void)
    , J4 q# q. f% T* w
29. {
    3 m. R' Q( T! V3 j
30.     uint32_t adcx;
    
31.     short result;
    
32.     double temperature;
    0 U% Q% l6 \, Z. B. F
33.     float temp = 0;
    ) c4 p5 b6 \3 Z
34.     uint16_t ts_cal1, ts_cal2;
    4 l2 x. Z4 w7 `/ e
35. 
    
36.     ts_cal1 = *(volatile uint16_t *)(0X1FF1E820);          /* 获取TS_CAL1 */
    
37.     ts_cal2 = *(volatile uint16_t *)(0X1FF1E840);          /* 获取TS_CAL2 */
    
38.     temp = (float)((110.0 - 30.0) / (ts_cal2 - ts_cal1));/* 获取比例因子 */
    5 S- P( q' L3 a$ M; m1 f; }  m: G& n
39. 
    , i  o/ V  b+ \0 e7 u6 i0 ]
40. /* 读取内部温度传感器通道,10次取平均 */
    % ]5 Z  ]. J3 P4 Y) @7 Z, |1 ]
41.     adcx = adc3_get_result_average(adc3_handle, ADC3_TEMPSENSOR_CHX, 10);
    & p0 K# G/ j/ n9 i9 d
42.     temperature = (float)(temp * (adcx - ts_cal1) + 30); /* 计算温度 */
    9 E9 U6 h9 D2 a" r: r
43. 
    
44.     result = temperature *= 100;                              /* 扩大100倍. */
    ; L- v* w- Q9 {# j; W
45.     return result;
    
46. }
    

复制代码

0 `7 \' f$ R) e$ J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。
  g! i8 V1 y5 h4 H/ Z7 `2. main.c代码
4 \1 h, S6 b' }6 h; B" m在main.c里面编写如下代码：
. U2 G! K0 _/ {5 N, P2 ~
: r+ w9 H1 j, ]* U. Z: @

1. int main(void)
   
2. {
   
3.     short temp;
   
4. 
   
5.     sys_cache_enable();                            /* 打开L1-Cache */
   
6.     HAL_Init();                                      /* 初始化HAL库 */
   
7.     sys_stm32_clock_init(240, 2, 2, 4);         /* 设置时钟, 480Mhz */
   
8.     delay_init(480);                                /* 延时初始化 */
   / C- [; ^/ N3 N5 r# ^5 M
9.     usart_init(115200);                            /* 串口初始化为115200 */
   7 g4 T; l; |) B& @* R
10.     mpu_memory_protection();                      /* 保护相关存储区域 */
    
11.     led_init();                                      /* 初始化LED */
    1 p0 Q9 {- e4 @: v) J
12.     lcd_init();                                      /* 初始化LCD */
    
13.     adc3_init();                                     /* 初始化ADC3(使能内部温度传感器) */
    
14. 
    
15.     lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    : v( _! F1 m) |8 z1 J  I
16.     lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "Temperature TEST", RED);
      g8 U6 q, D8 E2 C1 ~) f
17.     lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    
18. 
    ; W8 p% ^1 \& p! g0 |- m2 F. `
19.     lcd_show_string(30, 120, 200, 16, 16, "TEMPERATE: 00.00C", BLUE);
    
20. 
    
21.     while (1)
    
22.     {
    
23. 
    
24.         temp = adc3_get_temperature(); /* 得到温度值 */
    
25. 
    6 Y& T. ]3 w4 p. a
26.         if (temp < 0)
    % R! o: i% W6 _% l2 @) n
27.         {
    ' a9 Y" P  K8 ?7 Q! h
28.             temp = -temp;
    
29.             lcd_show_string(30 + 10 * 8, 120, 16, 16, 16, "-", BLUE);/* 显示负号 */
    
30.         }
    
31.         else
    
32.         {
    0 A5 h2 F9 [& V; O6 V
33.             lcd_show_string(30 + 10 * 8, 120, 16, 16, 16, " ", BLUE); /* 无符号 */
    ! }5 }- b6 M8 }8 O
34.         }
    9 {, v' m5 |6 K! u  ]
35. /* 显示整数部分 */
    0 C7 E7 _3 J% W$ T
36.         lcd_show_xnum(30 + 11 * 8, 120, temp / 100, 2, 16, 0, BLUE);
    
37. /* 显示小数部分 */
    
38.         lcd_show_xnum(30 + 14 * 8, 120, temp % 100, 2, 16, 0X80, BLUE);
    
39. 
    % i2 S+ u7 V, R
40.         LED0_TOGGLE();  /* LED0闪烁,提示程序运行 */
    2 [0 x3 U/ k! \$ X
41.         delay_ms(250);
    
42.     }
    
43. }

复制代码

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。

3 g4 I# K8 U' X3 |7 G8 S; p32.4 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：
2 `: F; F) Y' x' N+ {$ i
+ R( b2 f- Q4 E, a$ ]
8 v7 a0 I3 n1 p+ y5 S
图32.4.1 内部温度传感器实验测试图
9 Y) Y  }3 C- k, v+ F/ {0 y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）？
————————————————
版权声明：正点原子

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