STM32 内部温度测量程序（标准库/HAL库双版本）

一、核心原理与硬件基础

1. 内部温度传感器简介

STM32多数型号（如F1/F4/L0系列）内置温度传感器，用于监测芯片内部温度，核心特性：

• 连接通道：
  • STM32F103：ADC1通道16（需使能TSVREFE位）；
  • STM32F407：ADC1通道18（需使能TEMPSENSOR位）；
  • 其他型号：参考对应数据手册（如F429为ADC1通道18）。
• 测量范围：-40℃~125℃（典型值）。
• 精度：±1.5℃（受VDDA电压、采样时间影响）。
• 转换公式：基于传感器输出电压与温度的线性关系（需参考芯片数据手册）。

2. 温度计算原理（以STM32F103为例）

根据数据手册，传感器输出电压\(V_{SENSE}\)与温度\(T\)的关系：

\[V_{SENSE} = V_{25} - (T - 25) \times \text{Avg\_Slope} \]

• \(V_{25}\)：25℃时输出电压（典型值1.43V）；
• \(\text{Avg\_Slope}\)：温度系数（典型值4.3mV/℃）；
• 反推温度：
  \[T = 25 + \frac{V_{25} - V_{SENSE}}{\text{Avg\_Slope}} \]

• 其中，\(V_{SENSE} = \frac{\text{ADC值} \times V_{\text{DDA}}}{4095}\)（12位ADC，\(V_{\text{DDA}}\)为ADC参考电压，通常3.3V）。

二、硬件连接（以STM32F103C8T6为例）

• 无需外部电路：内部温度传感器集成于芯片内，仅需通过ADC通道采集。
• 关键引脚：
  • ADC1通道16（PA0，部分型号可能为其他引脚，需查数据手册）；
  • VDDA（3.3V，需稳定供电，建议并联0.1μF去耦电容）。

三、软件实现（标准库版）

1. 核心代码（基于STM32F103标准库）

1.1 头文件与宏定义（temp_sensor.h）

#ifndef __TEMP_SENSOR_H
#define __TEMP_SENSOR_H

#include "stm32f10x.h"

// ADC参数（STM32F103，LSI=40kHz，VDDA=3.3V）
#define ADC1_TEMP_CH     ADC_Channel_16  // 内部温度传感器通道
#define VDDA_VOLTAGE     3.3f            // ADC参考电压（V）
#define V25             1.43f           // 25℃时传感器输出电压（V）
#define AVG_SLOPE        0.0043f         // 温度系数（4.3mV/℃，V/℃）
#define ADC_SAMPLE_TIME  ADC_SampleTime_239Cycles5  // 最长采样时间（确保精度）

// 函数声明
void ADC1_TempSensor_Init(void);  // 初始化ADC1及温度传感器
float ADC1_Read_Temp(void);       // 读取温度值（℃）

#endif /* __TEMP_SENSOR_H */

1.2 源文件实现（temp_sensor.c）

#include "temp_sensor.h"
#include "stm32f10x_adc.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"

void ADC1_TempSensor_Init(void) {
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStruct;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    // 1. 使能时钟（ADC1、GPIOA、AFIO）
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    
    // 2. 配置ADC时钟（PCLK2分频，最大14MHz）
    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);  // 72MHz/6=12MHz（F103最高ADC时钟）
    
    // 3. 配置GPIO（模拟输入）
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;  // 通道16对应PA0（F103）
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
    
    // 4. ADC初始化（独立模式、单次转换、软件触发）
    ADC_InitStruct.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStruct.ADC_ScanConvMode = DISABLE;       // 单通道
    ADC_InitStruct.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; // 单次转换
    ADC_InitStruct.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;  // 软件触发
    ADC_InitStruct.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;  // 右对齐
    ADC_InitStruct.ADC_NbrOfChannel = 1;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStruct);
    
    // 5. 配置温度传感器通道（通道16，采样时间239.5周期）
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC1_TEMP_CH, 1, ADC_SAMPLE_TIME);
    
    // 6. 使能内部温度传感器和Vrefint（关键！）
    ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE);  // 必须在ADC使能前调用
    
    // 7. 使能ADC并校准
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_ResetCalibration(ADC1);  // 复位校准
    while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));  // 等待复位完成
    ADC_StartCalibration(ADC1);  // 开始校准
    while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));  // 等待校准完成
}

float ADC1_Read_Temp(void) {
    uint16_t adc_value;
    float voltage, temp;

    // 1. 启动ADC转换（软件触发）
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
    
    // 2. 等待转换完成（EOC标志）
    while (!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));
    
    // 3. 读取ADC原始值（12位，0~4095）
    adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1);
    
    // 4. 计算传感器电压（V）
    voltage = (float)adc_value * VDDA_VOLTAGE / 4095.0f;
    
    // 5. 代入公式计算温度（℃）
    temp = 25.0f + (V25 - voltage) / AVG_SLOPE;
    
    return temp;  // 返回温度值
}

1.3 主程序调用示例（main.c）

#include "stm32f10x.h"
#include "temp_sensor.h"
#include "usart.h"  // 假设已实现串口初始化（用于打印）

int main(void) {
    float temp;
    SystemInit();       // 系统时钟初始化（72MHz）
    USART1_Init(115200);  // 串口初始化（调试用）
    ADC1_TempSensor_Init();  // 初始化ADC及温度传感器

    while (1) {
        temp = ADC1_Read_Temp();  // 读取温度
        printf("Internal Temp: %.2f ℃\r\n", temp);  // 串口输出
        Delay_ms(1000);  // 延时1秒（需实现Delay_ms函数）
    }
}

四、软件实现（HAL库版，以STM32F407为例）

1. 核心代码（HAL库）

1.1 初始化函数（temp_sensor_hal.c）

#include "temp_sensor_hal.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;

void ADC1_TempSensor_Init(void) {
    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

    // 1. 使能时钟
    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    // 2. ADC配置
    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;  // 84MHz/4=21MHz（F407 ADC最大36MHz）
    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
    hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
    hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
    HAL_ADC_Init(&hadc1);

    // 3. 配置温度传感器通道（F407为通道18）
    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR;  // 内部温度传感器通道
    sConfig.Rank = 1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_480CYCLES;  // 480周期采样（F407需更长采样时间）
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);

    // 4. 使能温度传感器（HAL库自动处理TSVREFE位）
    HAL_ADCEx_EnableInternalRegulator(&hadc1);
    HAL_Delay(10);  // 等待内部稳压器稳定
}

float ADC1_Read_Temp_HAL(void) {
    uint32_t adc_value;
    float voltage, temp;

    HAL_ADC_Start(&hadc1);  // 启动转换
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10);  // 等待转换完成
    adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);  // 读取ADC值

    // F407参数：V25=0.76V，Avg_Slope=0.0025V/℃（数据手册）
    voltage = (float)adc_value * 3.3f / 4095.0f;  // VDDA=3.3V
    temp = 25.0f + (0.76f - voltage) / 0.0025f;  // 代入F407公式

    return temp;
}

参考代码 STM32 测量内部温度程序 www.youwenfan.com/contentcnt/133742.html

五、关键注意事项

1. 硬件前提

• VDDA稳定：确保ADC参考电压\(V_{\text{DDA}}\)稳定（3.3V），若偏差大需修改代码中VDDA_VOLTAGE。
• 芯片型号差异：不同型号参数不同（如F4系列\(V_{25}=0.76V\)，\(\text{Avg\_Slope}=2.5mV/℃\)），需查数据手册。

2. 软件优化

• 多次采样平均：单次采样误差大，建议连续采样5~10次取平均（如adc_value = (val1+val2+...+val5)/5）。
• 采样时间：内部传感器响应慢，用最长采样时间（F1:239.5周期，F4:480周期）。

3. 常见问题排查

问题	原因	解决方案
温度值恒为0或异常	未使能TSVREFE位（标准库ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE)）	检查使能代码是否执行
温度波动大	电源噪声或单次采样误差	增加采样次数取平均，加去耦电容
ADC转换超时	ADC时钟过快（超过14MHz）	降低RCC_ADCCLKConfig分频系数

六、扩展应用

• 温度报警：设置阈值（如>60℃），触发GPIO输出（LED/蜂鸣器）。
• 低功耗优化：读取后关闭ADC（ADC_Cmd(ADC1, DISABLE)），需时再开启。
• 数据记录：将温度存入EEPROM，通过串口上传至上位机。

七、总结

STM32内部温度测量通过ADC采集传感器电压+公式换算实现，核心是确保ADC配置正确（通道、采样时间、使能传感器）和参数准确（依芯片型号调整）。标准库与HAL库实现思路一致，仅函数名和配置方式略有差异，适用于芯片温度监控、过热保护等场景。