基于 STM32U5 片內溫度傳感器正確測算溫度

1.    引言

STM32 在內部都帶有一個溫度傳感器，STM32U5 也不例外。這個位于晶圓上的溫度 傳感器雖然不太適合用來測量外部環境的溫度，但是用于監控一下晶圓上的溫度也是挺好 的，可以防止芯片過溫運行。

2.    問題

2.1.   問題詳情

某客戶在使用 STM32U575ZIT6Q 時，使用 ADC4 對內部溫度傳感器 VSENSE 進行采樣 計算，但是總是覺得得到的溫度值不對。那么，應該如何對內部溫度傳感器的 ADC 采樣 進行計算以得到正確溫度值呢？

2.2.   問題分析

首先，應該先來看一下參考手冊中，如何描述內部溫度傳感器的。參考手冊說明了， 未經校準的內部溫度傳感器更適用于對溫度變量而非絕對溫度進行測量的應用。為了提高 溫度傳感器測量的準確性，ST 在生產過程中將校準值存儲在每個器件的系統存儲器中。用 戶在軟件開發中，可以在應用中去讀取這些數據，用于提高溫度傳感器的準確性。

這個校準值是寫在數據手冊的，如圖 1 所示。

圖1. 內部溫度傳感器

這張表格告訴我們，校準值 TS_CAL1 的數值位于存儲器地址 0x0BFA0710 和 0x0BFA0711，也就是它是一個 16-bit 的數據；同理，校準值 TS_CAL2 的數值位于存儲器地 址 0x0BFA0742 和 0x0BFA0743。

再回過頭來看一下參考手冊是如何描述怎么讀取內部溫度傳感器的溫度的，如圖 2 所示。

圖2. 讀取溫度傳感器

這里描述的是如何讀取內部溫度傳感器的溫度，前面主要介紹 ADC 的配置和對溫度傳 感器的采樣，最后根據得到的數據使用公式進行計算，得到溫度值。前面的 ADC 的配置 和采樣就不說了，我們主要來看一下公式的使用。

其中，

Temperature (in ℃) 就是內部傳感器的當前溫度；

TS_DATA 為內部傳感器當前溫度對應的采樣值；

TS_CAL2_TEMP 為校準值 2 的溫度值，TS_CAL2 為對應的采樣值，對于 STM32U5來說，TS_CAL2_TEMP 為 130℃，對應的采樣值存儲在 0x0BFA0742 和 0x0BFA0743； TS_CAL1_TEMP 為校準值 1 的溫度值，TS_CAL1 為對應的采樣值，對于 STM32U5來說，TS_CAL1_TEMP 為 30℃，對應的采樣值存儲在 0x0BFA0710 和 0x0BFA0711； 對于 STM32U5 來說，公式可簡化為：

那么，是不是直接讀取了 TS_CAL2 和 TS_CAL1，放到公式里，然后通過 ADC 得到TS_DATA，就可以直接算溫度了呢？接著往下看。

2.3.   問題解決

在室溫下使用 NUCLEO-U575ZI-Q 做個實驗：

讀取 0x0BFA0742 和 0x0BFA0743 得到 TS_CAL2 為 0x155D，也就是 0d5469；讀 取 0x0BFA0710 和 0x0BFA0711 得到 TS_CAL1 的值為 0x102F，也就是 0d4143。

此時，由 ADC1 對內部溫度傳感器進行采樣轉換，得到 TS_DATA 為 0xEAA，也就是 0d3754。

那么，如果直接放進去算：

室溫下，這個 0.66℃顯然不對。

2.3.1.  使用 ADC1 測量內部溫度傳感器的溫度值

再來看數據手冊里對校準值的描述，如圖 3 所示。

圖3. 溫度傳感器校準值重要參數

這個表格有一個非常重要的參數，就是 ADC1 的參考電壓，它是 3.0V，而 NUCLEO-U575ZI-Q 板子的 ADC 參考電壓為 3.3V。所以，這兩個 TS_CAL1 和 TS_CAL2 對于 NUCLEO-U575ZI-Q 中的 STM32U575ZIT6Q 的內部溫度傳感器肯定是不能直接用的， 需要先換算為 3.3V 參考電壓的值才行。

所以，新的值計算如下：

TS_CAL2 = 5469 × 3 / 3.3 = 4972

TS_CAL1 = 4143 × 3 / 3.3 = 3766

再回到剛才的實驗中，計算的公式如下：

這次算出來的結果為 29℃就對了。

2.3.2.  使用 ADC4 測量內部溫度傳感器的溫度值

那對于 ADC4 是否也是一樣的呢？

首先，要知道在 STM32U5 中，ADC1 為 14-bit SAR ADC，而 ADC4 為 12-bit SAR ADC。同樣的這塊板子，同樣的室溫下，由 ADC4 對內部溫度傳感器進行采樣轉換得到的 值是 0x3AA，也就是 0d938。

要使用 0d938 計算溫度值，TS_CAL1 和 TS_CAL2 也要相應轉為 12 位的數據才行。 將它們由 14 位數據轉為 12 位的數據，相當于就是右移 2 位，也相當于除以 4。

由于參考電壓仍然是 3.3V，所以針對 ADC4 的 TS_CAL2 和 TS_CAL1 應該計算如下：

TS_CAL2 ：由讀取到的 0x155D 右移 2 位，得到 0x557，也就是 0d1367，再換算成 3.3V 的 。

TS_CAL2 = 1367 × 3 / 3.3 = 1243

也可以直接使用上面 ADC1 例子的值來計算。

TS_CAL2 = 4972 / 4 = 1243

TS_CAL1 ：由讀取到的 0x102F 右移 2 位，得到 0x40B，也就是 0d1035，再換算成 3.3V 的 。

TS_CAL2 = 1035 × 3 / 3.3 = 941

也可以直接使用上面 ADC1 例子的值來計算。

TS_CAL2 = 3766 / 4 = 941

計算的公式如下：

算出來的結果也是 29℃。

3.    小結

當我們使用芯片的內部溫度傳感器計算內部溫度時，需注意校準值是使用哪個 ADC、 在什么參考電壓下得到的。當實際應用與內部溫度傳感器校準時所使用 ADC 及條件不一 樣時，應該對存儲單元里的校準值先做計算轉化，然后才可以使用參考手冊所提供的公式 進行計算，否則將會得到錯誤值。

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