基于STM32片内信号的ADC应用演示案例

 

很多STM32芯片里往往内置了专用的ADC通道，比方用来测量Vrefint,VBAT的分压或温度传感器的输出电压信号。不同系列所内置的模拟信号通道可能有差异。这里以STM32G4系列为例，它内置了对应于Vrefint,VBAT的三分之一分压和温度传感器的输出电压的专用模拟通道。

下面的示例就是针对上述3个通道进行AD，并测量相关电压和片内温度，最终得到3个结果，分别是VRefint电压，VBAT的电压，片内温度。

实现过程是这样的，大体分四步：【有点点麻雀虽小五脏俱全的味道】

1、TIMER1 更新事件触发ADC的转换；

2、CPU基于EOC中断获取ADC结果；

3、对ADC结果进行换算，得到电压值和温度值存放在特定内存位置；

4、基于DMA传输通过UART将最终结果在串口终端显示；

其中，TIMER1的CH1输出PWM波形，其更新事件做ADC的转换启动信号。每次的TIMER更新事件触发ADC，3个通道扫描方式转换。这里的UART使用片内LPUART，使用它主要是考虑它跟板载虚拟串口直接相连，没有其它特别用意。

我使用STM32G474Nucleo板来进行下面实验。其中VDD=3.3v,VBAT与VDD相连。另外，ADC模块的参考电压也是3.3v.

使用CubeMx图形化工具进行配置，先看TIMER配置：

再看看ADC的基本配置：

LPUART的基本配置：

因为要使用ADC中断和UART的DMA传输，记得做ADC的中断响应使能配置和LPUART的DMA配置，这里只使用UART的TX DMA功能。

使用CubeMx主要配置主要是上面这些。

在组织用户代码前，先简单介绍下片内温度传感器的内容。该温度传感器针对不同温度有不同电压输出，其输出电压跟温度呈线性关系。ST公司针对片内温度传感器在两个特定温度【30℃和110℃或30℃和130℃】、基于特定参考电压【3v或3.3v，不同系列以数据手册为准】生成了1组校准值并存放于片内特定FLASH位置。

STM32G4系列的校准值是在参考电压为3v,30℃和110℃条件下的两个值，在数据手册里还给出了校准值的片内存放地址。

针对这个温度传感器的使用，ST公司在参考手册里还给出了计算公式。其实，有无这个公式无所谓，我们不难自行推理出来。【TS_DATA代表某时刻测得的传感器输出电压对应的转换值，TS_CAL1/TS_CAL2分别表示在30℃和110℃条件下基于传感器输出电压的转换值。】

另外，前面提过，ST公司在手册里给出了温度传感器的两个温度下的校准值，但要注意生成校准值的ADC模块所用参考电压跟我们实际应用时AD模块所用的参考基准电压可能不一致。如果不一致，就必须将ADC值换算成同一基准参考电压条件下的数据。目前在ST手册里也特别强调这点了。我把上面一副图再贴一遍于此【见黄色语句提醒】。

关于这点，我们也不难理解。同一待测信号、同一ADC模块在不同基准参考电压下转换值往往是不一样的。见下面示意图加以理解。

完成各项配置后，创建软件工程。添加必需的用户代码：

 

#define TX_Timeout (9999)


#define TS_CAL1_ADDR  (0x1FFF75A8)  //用于计算温度传感器数据
#define TS_CAL2_ADDR  (0x1FFF75CA) //用于计算温度传感器数据


#define size1 (40)


char WDVol[size1],BatVol[size1],InVol[size1];


uint16_t ts_c30,ts_c110;


uint16_t ADCResult[3],convCNT;


volatile  uint32_t Completed,EndofCon_Flag;


float    VBATVolt;//存放BBAT电压最终结果
float    VRefint;  //存放Vrefint电压最终结果
float    Temperature;//存放片外温度℃最终结果


int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */


/* USER CODE END 1 */


/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/


/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();


/* USER CODE BEGIN Init */


/* USER CODE END Init */


/* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();


/* USER CODE BEGIN SysInit */


/* USER CODE END SysInit */


/* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_LPUART1_UART_Init();
  MX_TIM1_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */


   ts_c30 = *(uint16_t *)(TS_CAL1_ADDR); //读取30℃时的ADC校准值


   ts_c110 =  *(uint16_t *)(TS_CAL2_ADDR);//读取110℃时的ADC校准值


  HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1 , ADC_SINGLE_ENDED);//ADC校准


  HAL_ADC_Start_IT(&hadc1);//启动ADC并开启转换中断


  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,  TIM_CHANNEL_1);




/* USER CODE END 2 */


/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
  {
/* USER CODE END WHILE */


/* USER CODE BEGIN 3 */


if (EndofCon_Flag!=0)
  {
    VBATVolt=(ADCResult[0]/4095.)* 3.3 * 3.;  


    VRefint=(ADCResult[1]/4095.) * 3.3;  


    Temperature = 30.+ (88.*(ADCResult[2]-((ts_c30/1.1))))/(ts_c110 - ts_c30);


      EndofCon_Flag=0;


//HAL_UART_Transmit(&hlpuart1, (uint8_t *)WDVol ,sizeof(WDVol), TX_Timeout);


      HAL_GPIO_WritePin( GPIOC,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_RESET);  //for auxiliary test


      HAL_UART_Transmit_DMA(&hlpuart1, (uint8_t *)WDVol ,sizeof(WDVol));


while(Completed==0){}
      Completed =0;
    


//HAL_UART_Transmit(&hlpuart1, (uint8_t *)InVol ,sizeof(InVol), TX_Timeout);
      HAL_UART_Transmit_DMA(&hlpuart1, (uint8_t *)InVol ,sizeof(InVol));


while(Completed==0)  {}
      Completed =0;




//HAL_UART_Transmit(&hlpuart1, (uint8_t *)BatVol ,sizeof(BatVol), TX_Timeout);
      HAL_UART_Transmit_DMA(&hlpuart1, (uint8_t *)BatVol ,sizeof(BatVol));
        
while(Completed==0){}
      Completed =0;


      HAL_GPIO_WritePin( GPIOC,GPIO_PIN_3,GPIO_PIN_SET);  //for auxiliary test


   }    


  }
/* USER CODE END 3 */
}


//ADC EOC 中断处理函数
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{


  ADCResult[convCNT]=HAL_ADC_GetValue(&hadc1); //获取转换结果并存入数组


  convCNT++;


if(convCNT==3)  


{
    convCNT=0;


    EndofCon_Flag=0xff;


sprintf(WDVol,"Internal PN Temperature: %5.3f  
",Temperature);  


sprintf(InVol,"Internal Reference Volt: %5.3f  
",VRefint);  


sprintf(BatVol,"Current Battery Volt:   %5.3f  

",VBATVolt);


}


}


//UART DMA 传输完成处理函数


void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{


  Completed=0xff;
}

 

基于上面的配置和测试代码，我们就可以看到最终的结果了。定时器周期性地触发ADC，每得到3个ADC结果就进行数据处理，然后通过UART以DMA方式传输到串口终端。注意VBat电压是测量结果再乘以3得到的。

针对上面的应用演示，最后给几点相关应用提醒：

1、针对温度传感器做测量时，校准时使用的参考电压与实际应用不一致时要做换算，换算成相同参考电压的数据后再做计算。这点前面也提过了。

2、使用TIMER的TRGO触发ADC,如果选择类似比较事件、更新事件来触发ADC时，此时ADC对触发极性的选择是无效的，或者说ADC的转换仅依赖于触发事件时间点。如果是选择TIMER的Ocref信号作为触发源，此时ADC的硬件触发的极性选择是有效的，可以是上沿或下沿触发，甚至是双沿触发。这时就得根据需要选择合适的触发沿。【可以进一步阅读本公众号文章《STM32定时器触发ADC的时序话题》】

3、这里使用UART的DMA传输依次显示三个结果于串口终端，三个启动UART DMA传输的函数须保留适当时间间隔，即等上次传输完成后再启动下一次传输，因为这里每次传输使用的是同一DMA通道。否则没法全部正常输出。比如上面3次UART DMA传输的代码改成下面这样子：

 

 HAL_UART_Transmit_DMA(&hlpuart1, (uint8_t *)WDVol ,sizeof(WDVol));
     
 HAL_UART_Transmit_DMA(&hlpuart1, (uint8_t *)InVol ,sizeof(InVol));


  HAL_UART_Transmit_DMA(&hlpuart1, (uint8_t *)BatVol ,sizeof(BatVol))

 

这时输出结果会变成下面的情形，总是只能看到一个结果的输出，即第一次启动的DMA传输结果。

如果想省事点，直接在相邻2次DMA传输间加上合适延时也行。我这里根据DMA传输完成事件来决定执行下一次发送。在DMA传输完成中断里设置Completed变量为非0值表示当前一轮DMA传输完成。

4、对于那些在中断和主程序里都会被访问的变量，记得将它们冠以volatile。

下图的三路波形是我调试时辅助使用的。

第一路表示计数器的计数变化，显然是单向向上计数模式。

第二路是TIMER1通道1的PWM输出波形。

第三路是我每次基于DMA实现UART发送时拉高拉低的波形。平常管脚电平为高，在实现DMA传输过程中拉低。

好，今天的分享就到这里，供君参考。下次再聊。

审核编辑：刘清