STM32L1x 片上温度传感器采用ADC及工厂校准数据提升测量温度精度

背景

由于项目临时需要温度数据，又不想改动硬件了，反正对温度精度要求不算太高，索性就用MCU片上温度传感器的温度，来替代了。这里自己根据网上帖子做了一些测试用例尝试测温，但是，效果都不理想。发现ST官方提供了一个例程《AN3964应用笔记STM32L1x 温度传感器应用举例》。这个测试例程比较老了，使用固件库开发，对我来说，我用STM32CubeMX或者STM32CubeIDE开发了，都是基于HAL库，所以面临一定的移植工作。本文实现了该应用笔记的解析，同时实现了STM32CubeMX+Keil uVision5的代码移植。这里提供移植过程中的所有文档，希望加速面临同样问题的小伙伴的开发进度。

AN3964测温过程简介

这里也可以参考原始文档。本文也做点简单介绍，主要是提醒关键信息。

温度测量和数据处理
温度传感器的输出在芯片内部连至 STM32L1x 中 ADC （模数转换器）的通道 16
（ADC_IN16）， ADC 通道用于采样和转换温度传感器的输出电压。必须进一步处理原始
ADC 数据，以便用标准温度单位显示温度（摄氏度、华氏度、开氏温度）。
ADC 参考电压（VDDA = VREF+）连至 STM32L1xxDISCOVERY 板的 3 V VDD 电源。若不
知道 VDD 的精确值，则与使用电池工作的应用一样，必须对它测量以得到正确的总体 ADC
转换范围（见下节的详细信息）。
电池供电设备上的温度测量
若器件直接用电池供电，则微控制器的供电电压会有变化。若 ADC 参考电压连至 VDDA，即
低引脚数封装器件的连接方式， ADC 转换的值会随电池电压漂移。需要知道供电电压以补偿
该电压漂移。可使用芯片的内部电压参考（VREFINT）来确定实际供电电压（VDDA）。
ADC_IN17 内部参考输入上的 ADC 采样值（Val_VREFINT）可由下式表示：
精确的芯片内部参考电压（VREFINT）由 ADC 单独采样，在制造过程期间，将每个器件的
对应转换值（Val_VREFINT_CAL）储存于受保护的存储区，其地址为产品数据手册中规定的
VREFINT_CAL。内部参考电压校准数据为 12 位的无符号数（右对齐，存储于 2 个字节
中），由用于参考的 STM32L1x ADC 获取
工厂测量的校准数据总体精度为 ± 5 mV （若需更详细信息，请参考数据手册）。
我们可使用上式确定实际的 VDDA 电压，如下所示：
Val_VREFINT = = VREFINT × 212 ⁄ VREF+ VREFINT × 4096 V ⁄ DDA
V
VREF_MEAS = = VREF+ 3V 0.01V ±
V
DDA = 3 Val_V × REFINT_CAL ⁄ Val_VREFINT

当采样温度传感器数据 ValTS_bat 时， ADC 量程会参考前面步骤中确定的实际 VDDA 值。因
为温度传感器工厂校准数据是在 ADC 量程设为 3 V 时获得的，所以我们需要归一化
ValTS_bat，以得到 ADC 量程为 3 V 时应获得的温度传感器数据（ValTS）。可使用下式归
一化 ValTS_bat：
若 ADC 参考为 3 V 供电（STM32L1 Discovery 的情况），则不需要这样归一化，可直接使
用采样温度数据确定温度，如第 2.2.1 章节：温度传感器校准中所述。

应用程序示例说明
每 2 秒，应用从温度传感器电压获取 16 个采样。使用四分均值算法，对 ADC 原始数据滤波、平均，以降低电源系统的噪声。将结果重新计算为标准的温度测量单位下的数值（在本例中为 °C）。ADC 原始数据或当前温度值每 2 秒更新一次 LCD 显示，单位为摄氏度。用户可通过按用户按钮在两种温度数据表示之间切换。为演示 STM32L1x 超低功耗微控制器的低功耗能力，在温度传感器数据测量间歇期， CPU切换至停止模式， RTC （实时时钟）唤醒设为 2 秒。 ADC 数据获取和数据传输由直接存储器访问（DMA）管理在此阶段 CPU 处于低功耗睡眠模式。仅在初始化阶段和数据处理期间， CPU 才处于运行模式，其频率为 16 MHz （基于 HSI 振荡器时钟）。

原始工程修改测试

原始工程是适配STM32L152，同时采用的固件库，我项目的板子使用的是STM32L151同时也没有LCD，想要测试该例程，需要进行更改。

这里只是提示更改过程的主要步骤，具体参考工程代码

设置lcd相关的代码不参与编译，同时修改main.c中相关的调用函数。

原来工程使用的MCU休眠和按键，这里都不需要，所以注释并添加相关代码，实现工程能够正常运行到STM32L151，其中添加延时代码如下

 //__WFI();  
	//Delay(2000);
	T_StartupTimeDelay = 100000;
while (T_StartupTimeDelay--);

工程实际运行的结果如下：从下图可以看出测量的室温为30°，也算准确。

移植STM32CubeMX+Keil uVision5

上述工程对我来说，用途不大，只能用来演示。最终使用到项目上还得完成STM32CubeMX+Keil uVision5移植。这里主要难点是对ADC的配置，可以参考如下配置：

Main函数主要代码中

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_ADC_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  printf("   ** TEMPERATURE SENSOR EXAMPLE **    \r\n");


  /* Test user or factory temperature sensor calibration value */
  if ( testFactoryCalibData() == SUCCESS ) {
	getFactoryTSCalibData(&calibdata);
	printf("   ** getFactoryTSCalibData **    \r\n");
  }
  else if ( testUserCalibData() == SUCCESS ) {
	  calibdata = *USER_CALIB_DATA;
	  printf("   ** testUserCalibData **    \r\n");
  }
  else {
    /* User calibration or factory calibration TS data are not available */
		calibdata.TS_CAL_1 = DEFAULT_COLD_VAL;
    calibdata.TS_CAL_2 = DEFAULT_HOT_VAL;
    writeCalibData(&calibdata);
    calibdata = *USER_CALIB_DATA;
	printf("   ** writeCalibData **    \r\n");	
  }
  /* USER CODE END 2 */

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

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  
	 if (HAL_ADC_Start_DMA(&hadc,
                        (uint32_t *)ADC_ConvertedValueBuff,
                        ADC_CONV_BUFF_SIZE
                       ) != HAL_OK)
	{
		Error_Handler();
	}  
	HAL_Delay(2000);
	  
	// Process mesured Temperature data - calculate average temperature value in
    processTempData();
	printf("temperature_C = %d\r\n", temperature_C);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

测试结果截图如下：