第三十四章 内部温度传感器实验

       本章，我们将介绍STM32H7R7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：

       34.1 内部温度传感器简介

       34.2 硬件设计

       34.3 程序设计

       34.4 下载验证

        34.1 内部温度传感器简介

       STM32H7R7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ADC1_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。STM32H7R7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。

       STM32H7R7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STM32H7R7的内部温度传感器，必须先激活ADC的内部通道，这里通过ADC_CCR的TSEN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，STM32H7R7L8H6H的内部温度传感器固定的连接在ADC1的通道16上，所以，我们在设置好ADC1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。计算公式如下：

       式子中：

       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：0x08FFF814 ~ 0x08FFF815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：0x08FFF818 ~ 0x08FFF819这两个地址（16位）。

       TS_DATA：ADC1通道16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。

        34.2 硬件设计

       1. 例程功能

       通过ADC1的通道16读取STM32H7R7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）LED灯

              LED0: LED0 – PD14

       2）串口1(PB14/PB15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(包括MCU屏和RGB屏,都支持)

       4）ADC1 通道16

       5）内部温度传感器

        34.3 程序设计 

       34.3.1 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_ADC1_CLK_ENABLE函数开启ADC1的时钟。

       2）设置ADC1，开启内部温度传感器

       调用HAL_ADC_Init函数来设置ADC1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：ADC1时钟使能、ADC1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ADC1通道16，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。

       34.3.2 程序解析

       1. adc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。ADC驱动源码包括两个文件：adc.c和adc.h。

       adc.h头文件只有一些函数的声明，我们直接看adc.c：

       ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR就是ADC1通道16连接内部温度传感器的宏定义。

       下面我们直接看ADC初始化函数，其定义如下：

/**
 * @brief   初始化ADC
 * @param   无
 * @retval  无
 */
void adc_init(void)
{
    /* 初始化ADC */
    g_adc_handle.Instance = ADC1;
g_adc_handle.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_ASYNC_DIV8;      
/* 时钟源和预分频系数 */
    g_adc_handle.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;       /* 分辨率 */
    g_adc_handle.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;       /* 数据对齐 */
    g_adc_handle.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;       /* 扫描转换模式 */
    g_adc_handle.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;    /* EOC */
    g_adc_handle.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE;            /* 低功耗自动延迟 */
    g_adc_handle.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;          /* 连续转换模式 */
    g_adc_handle.Init.NbrOfConversion = 1;          /* 连续转换模式下的转换数量 */
    g_adc_handle.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;       /* 非连续转换模式 */
    g_adc_handle.Init.NbrOfDiscConversion = 1;      /* 非连续转换模式下的转换数量 */
g_adc_handle.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;                
/* 规则组转换外部触发源 */
g_adc_handle.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE; 
/* 规则组转换外部触发源的有效沿 */
g_adc_handle.Init.SamplingMode = ADC_SAMPLING_MODE_NORMAL;              
/* 采样模式 */
g_adc_handle.Init.ConversionDataManagement = ADC_CONVERSIONDATA_DR;    
/* 管理转换数据 */
    g_adc_handle.Init.Overrun = ADC_OVR_DATA_OVERWRITTEN;    /* 溢出行为 */
    g_adc_handle.Init.OversamplingMode = DISABLE;            /* 过采样模式 */
    HAL_ADC_Init(&g_adc_handle);
    
    /* ADC自动自校准 */
    HAL_ADCEx_Calibration_Start(&g_adc_handle, ADC_SINGLE_ENDED);
}

       该函数调用adc_init函数配置了ADC的基础功能参数，我们对内部温度传感器的初始化步骤与普通ADC类似。 

       下面是获得ADC转换后的结果函数，其定义如下：

/**
 * @brief   获取内部温度传感器结果
 * @param   无
 * @retval  温度值（单位：摄氏度）
 */
int32_t adc_get_temperature(void)
{
/* HAL库中TEMPSENSOR_CAL1_ADDR和TEMPSENSOR_CAL2_ADDR的定义有误 */
#ifdef TEMPSENSOR_CAL1_ADDR
    #undef TEMPSENSOR_CAL1_ADDR
    #define TEMPSENSOR_CAL1_ADDR ((uint16_t*)(0x08FFF814UL))
#endif
#ifdef TEMPSENSOR_CAL2_ADDR
    #undef TEMPSENSOR_CAL2_ADDR
    #define TEMPSENSOR_CAL2_ADDR ((uint16_t*)(0x08FFF818UL))
#endif
    
    uint32_t result;
    
    result = adc_get_result_average(ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR, 10);
return __HAL_ADC_CALC_TEMPERATURE(VREFINT_CAL_VREF, result, 
ADC_RESOLUTION_12B);
}

       该函数先是调用adc_get_result_average函数取获取通道ch的转换值，然后通过温度转换公式，返回温度值。

       2. main.c代码

       在main.c里面编写如下代码：

int main(void)
{
    int32_t temperature;
    
    sys_mpu_config();                   /* 配置MPU */
    sys_cache_enable();                 /* 使能Cache */
    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(300, 6, 2);    /* 配置时钟，600MHz */
    delay_init(600);                    /* 初始化延时 */
    usart_init(115200);                 /* 初始化串口 */
    led_init();                         /* 初始化LED */
    hyperram_init();                    /* 初始化HyperRAM */
    lcd_init();                         /* 初始化LCD */
    adc_init();                         /* 初始化ADC */
    
    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, 110, 200, 16, 16, "TEMPERATE: 00C", BLUE);
    
    while (1)
    {
        /* 获取内部温度传感器结果 */
        temperature = adc_get_temperature();
        printf("0x%08X\r\n", temperature);
        
        /* 显示温度 */
        if (temperature < 0)
        {
            temperature = -temperature;
            lcd_show_string(30 + 10 * 8, 110, 16, 16, 16, "-", BLUE);
        }
        else
        {
            lcd_show_string(30 + 10 * 8, 110, 16, 16, 16, " ", BLUE);
        }
        lcd_show_xnum(30 + 11 * 8, 110, temperature, 2, 16, 0, BLUE);
        
        LED0_TOGGLE();
        
        delay_ms(100);
    }
}

       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，再显示温度值。

        34 .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34.4.1所示：

图34.4.1 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）