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STM32使用ADC获取内部温度传感器数据输出（直接读取/DMA两种方式实现）

2023-05-16

STM32使用ADC获取内部温度传感器数据输出（直接读取/DMA两种方式实现）

  • 前言
  • 一、内部温度传感器的使用？
  • 二、代码操作讲解
    • 1.直接读取
    • 2.DMA处理
  • 总结

前言

STM32F1系列（本代码基于STM32F103C8T6芯片）MCU内置了一个温度传感器，供ADC_1的第16通道读取，它并非精确的温度计量会有实际性误差。本着对ADC功能的学习与理解，以下内容讲解将使用两种方式读取数据（直接获取/DMA方式两种，具体差异后面会说明）并用串口打印，提供工程文件，希望对初学者有着一定帮助。

PS：内容均为原创，转载需获取作者本人同意，如有侵权可联系删除。若对内容有疑问，欢迎指正与交流，由于最近即将处于研究生阶段有点忙碌，但尽力及时回复大家问题。

一、内部温度传感器的使用？

STM32芯片内部有一个温度传感器，已接入ADC1第16通道，它的测量范围为-40~125度。精度比较差，为±1.5℃左右。我们接下来的目的就使用ADC读取它的数据 ~

首先我们了解一下ADC（不是AD Carry~而是Analog-to-digital converter），大概就是将模拟信号转化为数字信号。常用的ADC有积分型、逐次比较型、并行比较型/串并行比较型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型、压频变换型等（具体不做详细介绍，知道就好）。

我们密切关注的ADC的技术指标就两个（其他的目前不用急）：
精度：反映转换器的实际输出接近理想输出的精确程度的物理量。
分辨率(Resolution)： 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辨率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。

一般把8位以下的A/D转换器称为低分辨率ADC，9~12位称为中分辨率ADC，13位以上为高分辨率。A/D器件的位数越高，分辨率越高，量化误差越小，能达到的精度越高。它的效果工作如下：
ADC示意
红色代表电压信号，根据一定时间周期采样（不失真应该满足采样定理，这里不做详细介绍，具体可百度）为离散的电压信号，这样当间距的离散电压时间足够小（不准确但是可以这样理解），那么就足够还原精度一定的红色模拟信号，则会产生大量之数据。

STM32f103系列ADC为逐次逼近型，总共有3个ADC，精度为12位，其中ADC1和ADC2都有16个外部通道， 2个内部通道，ADC3一般有8个外部通道。ADC的输入时钟不得超过14MHz，其时钟频率由PCLK2分频产生。因此我们只关注如何配置16通道可用就好。
在这里插入图片描述
还有一个是我们需要关注的，就是它的转换时间。我们可以配置它的采样时间，转换时间 = 采样时间 + 12.5个周期（固定时间）。如在14MHz和采样时间为1.5周期，则转换时间：

    TCONV = 1.5 + 12.5 = 14周期 = 14×(1 / (14 × 1000000)) = 1us

在这里插入图片描述
最后就关注它的转化模式：
1.单次转换模式：ADC只执行一次转换，然后停止。
2.连续转换模式：当前面ADC转换一结束，马上启动另一次转换。
3.扫描模式：扫描模式用来扫描一组模拟通道。在每个组的每个通道上执行单次转换，在每个转换结束时，同组的下一个通道开始转换。
在配置的时候详细注解！
由于ADC还有注入规则通道，这里没有涉及就不多赘述，最后得到的数据，根据参考手册的进行处理，大致如下：
在这里插入图片描述
具体参数在代码段里说明！

因此，我们归纳出配置的流程如下：
ADC转换步骤如下：
1.开启GPIO时钟，设置Pinx 为模拟输入。(由于是内部的温度传感器，所以不用开)
2 .使能ADC1 时钟，并设置分频因子：要使用ADC1，第一步要使能 ADC1 的时钟。再设置ADC1 的分频因子。分频因子要确保 ADC1 的时钟（ADCCLK）不要超过14Mhz 。
3 .设置ADC1 的工作模式：设置单次转换模式、触发方式选择、数据对齐方式等都在这一步实现。
4 .设置ADC1 规则序列的相关信息：如只有一个通道，设置规则序列中通道数为1 ，然后设置通道的采样周期。
5 .开启AD转换器，并校准（必须校准否则不准确）：开启AD转换器，执行复位校准和AD校准。
6.读取ADC值校准完成后，ADC就算准备好了。启动ADC转换，在转换结束后，读取ADC1_DR 里面的值。

了解了这些预备知识，下面，我们就可以开始对它进行操作了（前往不要绝对上面麻烦，不然就算实现了，也云里雾里不是嘛）。

二、代码操作讲解

在讲解代码之前，有必要让大家知道为什么使用两种方式来操作（毕竟要以学到东西为主嘛），我们知道，MCU与外界通信基本上为这三种方式——
1：轮询
2：中断
3：DMA
三者有什么区别呢（如果懂直接跳过进入正题），在这言简意赅但不绝对术语化的说明一下，其实学习单片机的朋友都应该熟悉前两者，初学者却很少使用用后者DMA，那今天就弄懂一下它吧。

轮询咱们经常使用的呀，使用if/case等语句，加个while循环连续读取，一直就问问CPU内核，给厨师（外设）给我做的菜做的怎么样了呀，给我看看咯。然后CPU就一直忙忙忙这个事情~
轮询大概语句长这样：

while(1){
if(成立条件1){干成立条件1干的事情;}
else if(成立条件2){干成立条件2干的事情;}
else if(成立条件3){干成立条件3干的事情;}
......//一直寻找适合的条件
delay_ms(100);
}

中断呢就是单片机之精华所在，基本上以后工程许多案例都是中断来访问外设。大概就像是厨师在工作，然后有个按铃，做好了就叮~ ~ ~ 的一声告诉CPU，这个时候CPU才可以屁颠屁颠的跑过去给我们端菜啦，不用像轮询方式一直去问候他。
DMA其实手段跟中断差多，不过它的存在就是给CPU分担压力的，当处理数据过快过多到来的时候，CPU可能比较繁忙，这个时候就可能出现数据没有收集到或者处理太慢，那么DMA就可以帮助CPU来收集数据，由于DMA挂靠在总线上，可以直接代替CPU与外设亲密交流，这样就可以出现这样的情况，外面的厨师太多了，一下子就有很多的菜出锅，DMA这个小弟先帮忙分拣，整理好，跑个腿，CPU就可以省去很多很多的事情来做其他有意义的事情，嘿嘿嘿~（当然DMA也可以给出中断信号）

综上呢，我们理解了，轮询就一直干事情简单明了方便，但是占用cpu资源较多；中断呢就不会占用太多资源，CPU可以该干嘛干嘛，需要它的时候叫叫它；DMA呢就是当上面两种方式的数据大于CPU所能处理负载了，或者为了减轻CPU负担而存在的功能，大大降低CPU负担，但配置起来相对麻烦。

所以如果ADC处理多路输入，这一庞大数据来临时，前面两种方法好像招架不住了，因此DMA才是真正的应对手段；而当ADC处理的数据就这一路或者很少（比如本次的温度获取，只需要一个内部通道，数据少，丢了就丢了嘛），随便怎么用都可以。

（关于他们的专业解释可以可以百度，要是不太理解，我可以专门写一篇文章讲解他们的区别以及内在联系）

1.直接读取

首先配置ADC相关参数结构体：

	ADC_DeInit(ADC1);//重新来配置ADC1
	ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);//传感器这玩意必须打开，否则必定没数据
	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //六分频72M/6=12M
    ADC_InitTypeDef ADCInitStruct;
	ADCInitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	//设置独立模式
	ADCInitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;		//不开扫描
    ADCInitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	//不循环（其实循环不循环不重要，反正就一个通道）
    ADCInitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//右对齐
    ADCInitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//软件触发，不用硬件触发
    ADCInitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;//顺序转化的规则通道数目
    ADC_Init(ADC1,&ADCInitStruct);

然后需要校准：

	ADC_ResetCalibration(ADC1);			//初始化校准
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);			//开始校准
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);//软件触发开始

然后可以开始进行读取数据：
通过简单的函数ADC_GetConversionValue(ADC1)来获取即可。

   	ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ADC_Channel_16,1,ADC_SampleTime_239Cycles5);
    while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC));
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);

因为读出的值会有变化，我们可以取多次的平均值，一半都是取5~20次的平均值，在这里就直接使用20次的for循环求平均值

 {
 	u8 i;
    u32 averagedata = 0;
    for(i = 0;i < 20;i++)			//利用for循环读取20次的值
    {
        averagedata += ADC1_GetConvValue();	//这里就是每次读取的值
			delay_ms (5);
    }
    return averagedata/20;
}

获取到数值以后，我们来进行数据处理，即得到最后的温度结果

void GetTemperature(void)
{
    double VSense = (double)ADC1_GetAverageConvValue()*(3.3/4096.0);
    printf("VSense:%.2f; %.2f\r\n",VSense,((1.43 - VSense)/0.0043+25.0));
    //这个计算是涉及到浮点运算耗时间，可以扩大了计算更好，在这里就这样写吧也没问题也可便于理解

}

最后在主程序里面循环它就OK,大致如下：

	while(1){
		GetTemperature();
		delay_ms(500);
	}//这是不是很像我们的轮询方式呢~

最后通过串口看看我们的成果~
在这里插入图片描述
当手指按住它，则温度升高，前面数据为保留两位数据的ADC读取电压，后面则为获取到的温度值。

2.DMA处理

在这里插入图片描述
这里我们就用到了DMA1的通道一，在表中可以查看到，因此我们直接开始配置DMA就可。

代码如下（示例）：

void MYDMA_Config(void)
{
	
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	//使能DMA时钟

		DMA_DeInit(DMA1_Channel1);//重设DMA为缺省值	
		DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&ADC1->DR;//外设地址
		DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)&SendBuff1;//存储器地址
		DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //外设到存储器的传输模式
		DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 1; //数据量为1
		DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
		DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Disable; //
		DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_HalfWord ; //16位！！！
		DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_HalfWord ; //16位！！！
		DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; //循环模式
		DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //优先级高
		DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //（内存到内存禁止）
 
		DMA_Init(DMA_CHx,&DMA_InitStructure); //初始化
		DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel1,cndtr);//设置数据量
   		DMA_Cmd(DMA1_Channel1, ENABLE);                                       
}

同时，我们还需要开启ADC的DMAcmd使能才能让DMA接管CPU的任务。

		ADC_DMACmd(ADC1, ENABLE);

这样我们就可直接读取SendBuff1的值就知道啦~
当然我们这里也取了20次平均

u16 ADC1_GetAverageConvValue(void)
{
		u32 temp_val=0;
		u8 t;
		for(t=0;t<20;t++)
		{
				temp_val+=SendBuff1;
				delay_ms(5);
		}
		return temp_val/20;
}

然后在主程序中直接输出电压，温度即可。

循环读取：（因为cpu没有其他事情做，就让他反复读取这个值吧）
	adcx = ADC1_GetAverageConvValue();//这个函数相比起直接获取而言，大大降低了CPU的计算负担，大部分的数据传输任务都交给了DMA
	temp=(float)adcx*((float)3.3/4096);
	printf("(DMA)temperature:%.2f; %.2f\r\n",temp,((1.43 - temp)/0.0043+25.0));
	delay_ms(500);

最后的结果
在这里插入图片描述
基本上完成任务

总结

到此为止，已经演示了两种手段的处理思路，我们也发现了区别还是较大，使用了DMA外设（如果还不理解DMA，可以参考一下stm32的参考手册，上面写的相对详尽）。
对CPU资源占用的，轮询方式占用较大，中断其次，DMA最优。各有各的使用手段，在不同情况下调用不同的外设是嵌入式工程师必备的能力，希望对大家有所帮助，我也将把两份工程文件上传，供有需要的朋友学习。

工程文件（DMA获取温度方式）：https://download.csdn.net/download/qq_40249327/13944700

工程文件（直接获取温度方式）：
https://download.csdn.net/download/qq_40249327/13944690

码字不易，有问题可以提出交流，希望我们能在这条路走得更远，与君共勉！

本文内容由网友自发贡献，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容，请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)

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