【原创】STM32U5系列与STM32G4系列MCU内部温度传感器精准读取指南

1. 前言

这段时间在使用STM32U5系列的单片机，想通过内部的ADC来获取单片机内部的温度，在网上搜了一圈，发现大多是STM32F1、F4系列的温度读取教程，STM32U5系类的和STM32G4系列的方法较少，有大致的介绍但不全面，因此综合现有的教程，写一个详细一点的教程来实现正确温度值的获取。

2. 读取方式

2.1 手册获取

通过查询STM32U5系列或STM32G4系列的参考手册（Reference Manuel）可以找到详细的读取流程，此处使用的是STM32U585，查询STM32U5的手册RM0456：

手册可以直接百度或者ST官网搜RM0456找到，或者从CubeMX建立好工程后，从Help -> Docs选项卡中找到这个芯片相关的所有文档：

点开即可找到手册位置

2.2 查看温度获取流程

手册33.4.33中详细介绍了温度的获取流程

读取的步骤如下：

翻译总结如下：

1. 选择温度传感器对应的ADC通道（并设置合适的采样时间）

2. 配置合适的采样时间

3. 设置ADC12_CCR寄存的VSENSESEL位，将温度传感器从power down模式唤醒

4. 启动ADC转换

5. 待转换完毕，读取ADC转换结果

6. 根据公式计算真实温度值

转换公式如下：

转换公式中我们需要从MCU内部地址获取两个温度下的校准值，即TS_CAL1和TS_CAL2，再代入公式计算。

在表中可以找到两个校准值变量的对应的存储位置，表中我们可以看到两个校准值给的条件是14-bit的ADC模式下且参考电压为3V的条件下计算出的校准值，因此要得到准确的温度值需要根据自己ADC的采样配置（位数）和参考电压值来换算：

简单解释一下这两个参数值，两个系数值都为16bit，TS_CAL1为使用14bit的ADC在参考电压为3V的情况下，外部温度为30°的时候获取的校准系数；TS_CAL2即为同样条件下温度为130°时候的校准值。

3. CubeMX配置ADC

为了简明扼要就不一步一步的选单片机，配置时钟树这些了，直接配置好一个可以正常运行的CubeMX工程后，打开CubeMX开始配置ADC。

这里选择ADC1，其他通道根据需要配置，主要是选择这个②处的温度传感器通道，勾选后进行参数设置：

勾选完成后即可生成工程，生成的工程参数如下，不需要额外的更改：

void MX_ADC1_Init(void)
{
  /** Common config
  */
  hadc1.Instance = ADC1;
  hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_ASYNC_DIV1;
  hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
  hadc1.Init.GainCompensation = 0;
  hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
  hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
  hadc1.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE;
  hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
  hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
  hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
  hadc1.Init.TriggerFrequencyMode = ADC_TRIGGER_FREQ_HIGH;
  hadc1.Init.Overrun = ADC_OVR_DATA_PRESERVED;
  hadc1.Init.LeftBitShift = ADC_LEFTBITSHIFT_NONE;
  hadc1.Init.ConversionDataManagement = ADC_CONVERSIONDATA_DR;
  hadc1.Init.OversamplingMode = DISABLE;
  if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 2 */
  /* USER CODE END ADC1_Init 2 */
}

4. 代码编写

完成基本配置后我们需要找到温度传感器对应的ADC通道，从手册中我们可以找到STM32U5的Vsense对应的通道号为19：

不过我们也可以通过HAL库中的宏定义来直接读取，而不关心具体的通道号：

我们配置的ADC为单次转换，因此我们定义一个函数来方便读取任一通道的ADC值，函数中的ADC配置可以放在ADC1的初始化中，但为了方便切换单次读取通道，我将其放在读取函数中。其中打开CCR寄存器部分可以要也可以不要，测试发现打不打开都可以正确读取到温度值，可能是给MCU休眠后唤醒使用？暂不清楚，若有清楚的可以评论区讲解下，代码如下：

static uint32_t adc_value_get(uint32_t iChan)
{
  #define ADC_OBJ &hadc1
  
  ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {
  .Channel      = iChan,
  .Rank         = ADC_REGULAR_RANK_1,
  .SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_814CYCLES,
  .SingleDiff   = ADC_SINGLE_ENDED,
  .OffsetNumber = ADC_OFFSET_NONE,
  .Offset       = 0
  };	

  if (HAL_ADC_ConfigChannel(ADC_OBJ, &sConfig) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }	
   
  // 打开CCR寄存器唤醒温度传感器
  LL_ADC_SetCommonPathInternalCh(__LL_ADC_COMMON_INSTANCE(ADC1), LL_ADC_PATH_INTERNAL_TEMPSENSOR);
  
  if (HAL_ADC_Start(ADC_OBJ) != HAL_OK)
  {
    /* ADC conversion start error */
    Error_Handler();
  }
  
  // adc timeout set 10ms
  if (HAL_ADC_PollForConversion(ADC_OBJ, 10) != HAL_OK)
  {
    /* ADC conversion start error */
	Error_Handler();
  }

  if (HAL_ADC_Stop(ADC_OBJ) != HAL_OK)
  {
  	/* ADC conversion stop error */
  	Error_Handler();
  } 	
	
  return HAL_ADC_GetValue(ADC_OBJ);
}

定义好这个读取函数后我们在主函数的循环前定义一些必要的变量，并在使用ADC前对其进行一次校准，两个校准系数为16bit的值因此直接从地址中读取即可，但我使用的评估板是3.3V的参考电压，因此需要进行一下转换，若你使用的参考电压值是其他值，将3.3改成对应值即可，但要注意不要删除浮点数后的 [ f ] ，不然最后计算出来的值会和整数除法混和导致最终的结果不对，代码如下：

  /* 定义两个校准系数的存储地址和校准系数的对应温度值 */
  #define TS_CAL1_ADDR (0x0BFA0710)      
  #define TS_CAL2_ADDR (0x0BFA0742)
  #define TS_CAL1_TEMP (30.0f)           // 30 TEMP
  #define TS_CAL2_TEMP (130.0f)          // 130 TEMP
  
  uint32_t ADC_Value = 0;
  float ftemp, TS_CAL[2];

  /* 从地址中读取真实的校准系数 */
  TS_CAL[0] = (float)*(__IO uint16_t *)TS_CAL1_ADDR;
  TS_CAL[1] = (float)*(__IO uint16_t *)TS_CAL2_ADDR;
 
  /* 转换校准系数为3.3V的条件下的值 */
  TS_CAL[0] = TS_CAL[0] * 3.0f / 3.3f;
  TS_CAL[1] = TS_CAL[1] * 3.0f / 3.3f;

  /* 校准ADC1 */
  if (HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1, ADC_CALIB_OFFSET, ADC_SINGLE_ENDED) != HAL_OK)
  {
    /* Calibration Error */
    Error_Handler();
  }

完成设置后即可在主循环中调用函数，直接读取ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR通道的数据，也可以读取通道19，并根据公式计算处对应的温度值，验证温度数据。此处有一个注意点，我们使用的ADC1配置的是12bit，而校准系数给的是14bit，因此需要将12bit的采样值转换成14bit（左移两位），算出来的结果才对，若配置成其他的值对应转换即可，代码如下：

while (1)
{
    // 获取温度采样原始值
    ADC_Value = adc_value_get(ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR);
    ADC_Value <<= 2;    // 将12bit ADC采样值转换成14bit

    // 根据公式计算温度值
    ftemp = (TS_CAL2_TEMP - TS_CAL1_TEMP)/(TS_CAL[1] - TS_CAL[0]) * (ADC_Value - TS_CAL[0]) + TS_CAL1_TEMP;
    
    // 分别打印原始值 电压值 和温度值
    LOG_INFO("ADC:%d  Vol:%.4f  Temp:%.4f \n", ADC_Value, ADC_Value*3.3f/(16384-1), ftemp);
    HAL_Delay(500);
}

最终的打印采样结果如下：