ADC 温度传感器

【红枫派开发板】第十三讲 ADC-内部温度传感器和参考电压采样实验

发布于 2024-03-26 10:28:29

13.1 实验内容

本实验是通过ADC注入组采样内部温度传感器和参考电压，通过本实验主要学习以下内容：

• 内部温度传感器和参考电压简介

• ADC注入组采样配合ADC中断应用

13.2 实验原理

13.2.1 内部温度传感器和参考电压简介

GD32F303有两个内部通道，分别为内部温度传感器（ADC0_CH16）和内部参考电压Vrefint（ADC0_CH17）。

温度传感器可以用来测量器件周围的温度。温度传感器的输出电压随温度线性变化，由于生产过程的多样化，温度变化曲线的偏移在不同的芯片上会有不同(最多相差 45°C)。内部温度传感器更适合于检测温度的变化，而不是测量绝对温度。如果需要测量精确的温度，应该使用一个外置的温度传感器来校准这个偏移错误。

从 ADC 数据寄存器中读取并计算温度传感器数据 Vtemperature，并由下面公式计算出实际温度：

V25：温度传感器在 25°C 下的电压，从datasheet中可以查到典型值为1.45V。
Avg_Slope：温度与温度传感器电压曲线的均值斜率，从datasheet中可以查到典型值为4.1mV/℃ 。

内部电压参考(VREFINT)提供了一个稳定的（带隙基准）电压输出给 ADC 和比较器，典型值为1.2V。

13.3 硬件设计

本实验使用两个内部ADC通道，无需要硬件设计。

13.4 代码解析

13.4.1 中断使能函数

在driver_adc.c中定义了开启中断的函数ADC_int_enable。

C
/*ADC中断使能函数*/
void ADC_int_enable(typdef_adc_ch_general *ADC)
{
/*规则组中断使能*/
if(ADC->adc_channel_group == ADC_REGULAR_CHANNEL)
{
adc_interrupt_enable(ADC->adc_port,ADC_INT_EOC);
adc_interrupt_flag_clear(ADC->adc_port,ADC_INT_EOC);
}
/*注入组中断使能*/
else if(ADC->adc_channel_group == ADC_INSERTED_CHANNEL)
{
adc_interrupt_enable(ADC->adc_port,ADC_INT_EOIC);
adc_interrupt_flag_clear(ADC->adc_port,ADC_INT_EOIC);
}
}

13.4.2 ADC中断函数

在driver_adc.c中定义了ADC的中断函数driver_adc_int_handler

C
void driver_adc_int_handler(typdef_adc_ch_general *ADC,void *buffer)
{
uint8_t i;
if(ADC->adc_channel_group == ADC_REGULAR_CHANNEL)
{
if(SET == adc_interrupt_flag_get(ADC->adc_port,ADC_INT_FLAG_EOC))
{
adc_interrupt_flag_clear(ADC->adc_port,ADC_INT_FLAG_EOC);
if(ADC->adc_mode == ADC_DAUL_REGULAL_PARALLEL)
{
REG32(buffer) = (uint32_t)(ADC_RDATA(ADC->adc_port));
}
else
{
REG16(buffer) = (uint16_t)(ADC_RDATA(ADC->adc_port));
}

}
}
else if(ADC->adc_channel_group == ADC_INSERTED_CHANNEL)
{
if(SET == adc_interrupt_flag_get(ADC->adc_port,ADC_INT_FLAG_EOIC))
{
adc_interrupt_flag_clear(ADC->adc_port,ADC_INT_FLAG_EOIC);
if(ADC->adc_mode == ADC_DAUL_INSERTED_PARALLEL)
{
for(i = 0; i<ADC->ch_count ; i++)
{
REG32(buffer) = REG32((ADC->adc_port) + 0x3C+(i*4));
buffer += 4;
}
}
else
{
for(i = 0; i<ADC->ch_count ; i++)
{
REG16(buffer) = REG16((ADC->adc_port) + 0x3C+(i*4));
buffer += 2;
}
}
}
}

}

13.4.3 内部ADC通道结构体定义

ADC的初始化在前两章已经讲述过，这里就介绍下ADC和两个通道的结构体定义：

C
typdef_adc_ch_general VRef_VTem_ADC = {
.rcu_adc = RCU_ADC0,//ADC0的时钟
.adc_psc = RCU_CKADC_CKAPB2_DIV6,//ADC0设置为APB2 6分频
.adc_port = ADC0,//ADC口为ADC0
.adc_mode = ADC_MODE_FREE,//ADC模式为独立模式
.adc_channel_group = ADC_INSERTED_CHANNEL,//使用注入组
.adc_scan_function = ENABLE,//开启扫描模式
.adc_continuous_function = DISABLE,//关闭循环模式，因为使用的是注入组，故该参数实际无效
.ch_count = 2,//转换长度为2
.trigger_source = ADC0_1_2_EXTTRIG_INSERTED_NONE,
.DMA_mode = DISABLE//不使用DMA
};

typdef_adc_ch_parameter VRef_VTem_ch_parameter[2] =
{
{
.rcu_port = NULL,
.port = NULL,
.pin = NULL,
.gpio_speed = NULL,
.adc_channel = ADC_CHANNEL_16,//通道16
.sample_time = ADC_SAMPLETIME_55POINT5//设置采样周期为55.5
}
,
{
.rcu_port = NULL,
.port = NULL,
.pin = NULL,
.gpio_speed = NULL,
.adc_channel = ADC_CHANNEL_17,//通道17
.sample_time = ADC_SAMPLETIME_55POINT5,//设置采样周期为55.5
}

};

需要说明的是，由于使用的是内部通道，无需配置外部IO口，所以rcu_port参数等无需设置，这里是为了方便读者阅读将这几个参数设置为了NULL。

13.4.4 内部通道ADC配置

在bsp_adc.c中定义了内部通道ADC配置的函数bsp_Vref_Vtemp_ADC_config

C
void bsp_Vref_Vtemp_ADC_config()
{
/*ADC配置*/
driver_adc_config(&VRef_VTem_ADC,VRef_VTem_ch_parameter);
/*ADC中断打开*/
ADC_int_enable(&VRef_VTem_ADC);
/*NVIC设置*/
nvic_irq_enable(ADC0_1_IRQn,0,0);
}

13.4.5 中断入口函数

在gd32f30x_interrupt.c中定义了中断入口函数：

C
uint16_t Vref_Vtemp_data[2] ;
void ADC0_1_IRQHandler()
{
driver_adc_int_handler(&VRef_VTem_ADC,(uint16_t *)Vref_Vtemp_data);
}

13.4.6 main函数实现

C
int main(void)
{
delay_init();//delay函数初始化
bsp_uart_init(&BOARD_UART);//BOARD_UART串口初始化
bsp_Vref_Vtemp_ADC_config();//内部通道ADC配置和中断使能
while (1)
{
driver_adc_software_trigger_enable(&VRef_VTem_ADC);        //软件触发ADC
delay_ms(1000);
temperature = (1.45 - Vref_Vtemp_data[0]*3.3/4095) * 1000 / 4.1 + 25;        /*内部温度ADC转换值转换为实际温度值*/
vref_value = (Vref_Vtemp_data[1] * 3.3 / 4095);        /*内部参考电压ADC转换值转换为实际电压值*/
printf(" the temperature data is %2.0f degrees Celsius\r\n", temperature);        /*打印实际温度值*/
printf(" the reference voltage data is %5.3fV \r\n", vref_value);        /*打印内部参考实际电压值*/
}
}

本例程main函数首先进行了延时函数初始化，为了演示实验结果，这里初始化了BOARD_UART串口，关于串口的使用，请读者参考串口章节，然后是内部通道ADC的配置和中断使能。在主循环中，先出发一次内部通道ADC，然后延时1s，在延时过程中ADC转换结束会进入ADC中断函数，中断函数将两个注入组通道数据赋给Vref_Vtemp_data数组，延时结束后，对温度和内部电压进行计算并将计算结果打印出来。

13.5 实验结果

使用USB-TypeC线，连接电脑和板上USB to UART口后，配置好串口调试助手，即可看到内部温度传感器测到的温度值以及内部参考电压值了。