STM32 HAL库 内部传感器驱动实现
一、STM32F407 内部传感器概述
STM32F407 微控制器集成了多个内部传感器，其中比较常用的是温度传感器和内部参考电压传感器。这些传感器可以为系统提供重要的环境信息，例如温度传感器可以用于监测芯片的工作温度，避免芯片因过热而损坏；内部参考电压传感器可以用于校准 ADC 测量结果，提高测量精度。
二、硬件连接
由于是内部传感器，不需要额外的硬件连接。但是要使用这些传感器，需要确保芯片的电源和时钟正常工作，并且 ADC（模拟 - 数字转换器）模块正常配置。
三、开发环境搭建
1. 安装 Keil MDK
Keil MDK 是一款广泛使用的 ARM 微控制器开发工具，你可以从官方网站下载并安装。
2. 安装 STM32CubeMX
STM32CubeMX 是 ST 公司提供的一款图形化配置工具，可以帮助你快速配置 STM32 微控制器的外设和时钟。你可以从 ST 官方网站下载并安装。
3. 创建项目
打开 STM32CubeMX，选择 STM32F407 芯片，配置系统时钟和 ADC 模块。在 “Pinout & Configuration” 选项卡中，选择 “ADC”，启用 ADC1 并配置相关参数。然后生成 Keil MDK 项目。
四、温度传感器驱动实现
1. 温度传感器原理
STM32F407 的温度传感器的输出电压与温度成线性关系，其公式为
其中，T 是温度，VSENSE是温度传感器的输出电压，25 是在 25°C 时的输出电压，Avg_Slope 是温度传感器的平均斜率。
2. 代码实现
以下是使用 HAL 库实现温度传感器读取的代码示例：
#include "main.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"ADC_HandleTypeDef hadc1;void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);// 读取温度传感器的值
float Read_Temperature(void)
{uint32_t adc_value;float voltage;float temperature;// 启动 ADC 转换HAL_ADC_Start(&hadc1);// 等待转换完成if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100) == HAL_OK){// 获取转换结果adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);// 计算电压voltage = (float)adc_value * 3.3 / 4096;// 计算温度temperature = ((voltage - 0.76) / 0.0025) + 25;}else{temperature = -1;}// 停止 ADC 转换HAL_ADC_Stop(&hadc1);return temperature;
}int main(void)
{HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_ADC1_Init();float temperature;while (1){temperature = Read_Temperature();// 这里可以添加代码将温度值发送到串口或其他设备HAL_Delay(1000);}
}void SystemClock_Config(void)
{RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};/** 初始化 RCC 振荡器 */RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK){Error_Handler();}/** 初始化 RCC 时钟 */RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK){Error_Handler();}
}static void MX_ADC1_Init(void)
{ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};/** 初始化 ADC */hadc1.Instance = ADC1;hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;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.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK){Error_Handler();}/** 配置 ADC 通道 */sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR;sConfig.Rank = 1;sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_480CYCLES;if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}
}static void MX_GPIO_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};/* GPIO Ports Clock Enable */__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();/*Configure GPIO pin Output Level */HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);/*Configure GPIO pins : PD12 PD13 PD14 PD15 */GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
}void Error_Handler(void)
{while(1){}
}
3. 代码解释
MX_ADC1_Init函数：初始化 ADC1 模块，配置时钟、分辨率、转换模式等参数，并将温度传感器通道配置为 ADC 通道。Read_Temperature函数：启动 ADC 转换，等待转换完成，获取转换结果，计算电压和温度，最后停止 ADC 转换。main函数：初始化系统时钟、GPIO 和 ADC 模块，然后在循环中不断读取温度传感器的值。
五、内部参考电压传感器驱动实现
1. 内部参考电压传感器原理
STM32F407 的内部参考电压传感器的输出电压是一个固定值，通常为 1.2V。通过读取 ADC 转换结果，可以计算出实际的参考电压值，从而校准 ADC 测量结果。
2. 代码实现
#include "main.h"
#include "stm32f4xx_hal.h"ADC_HandleTypeDef hadc1;void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);// 读取内部参考电压传感器的值
float Read_Vrefint(void)
{uint32_t adc_value;float vrefint;// 启动 ADC 转换HAL_ADC_Start(&hadc1);// 等待转换完成if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100) == HAL_OK){// 获取转换结果adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);// 计算内部参考电压vrefint = (float)(1.2 * 4096) / adc_value;}else{vrefint = -1;}// 停止 ADC 转换HAL_ADC_Stop(&hadc1);return vrefint;
}int main(void)
{HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_ADC1_Init();float vrefint;while (1){vrefint = Read_Vrefint();// 这里可以添加代码将内部参考电压值发送到串口或其他设备HAL_Delay(1000);}
}void SystemClock_Config(void)
{RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};/** 初始化 RCC 振荡器 */RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSI;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 8;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 336;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 7;if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK){Error_Handler();}/** 初始化 RCC 时钟 */RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_5) != HAL_OK){Error_Handler();}
}static void MX_ADC1_Init(void)
{ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};/** 初始化 ADC */hadc1.Instance = ADC1;hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;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.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK){Error_Handler();}/** 配置 ADC 通道 */sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_VREFINT;sConfig.Rank = 1;sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_480CYCLES;if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}
}static void MX_GPIO_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};/* GPIO Ports Clock Enable */__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();/*Configure GPIO pin Output Level */HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15, GPIO_PIN_RESET);/*Configure GPIO pins : PD12 PD13 PD14 PD15 */GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_12|GPIO_PIN_13|GPIO_PIN_14|GPIO_PIN_15;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);
}void Error_Handler(void)
{while(1){}
}
3. 代码解释
MX_ADC1_Init函数：初始化 ADC1 模块，配置时钟、分辨率、转换模式等参数，并将内部参考电压传感器通道配置为 ADC 通道。Read_Vrefint函数：启动 ADC 转换，等待转换完成，获取转换结果，计算内部参考电压值，最后停止 ADC 转换。main函数：初始化系统时钟、GPIO 和 ADC 模块，然后在循环中不断读取内部参考电压传感器的值。
六、调试与优化
1. 调试
- 使用调试工具（如 JTAG 或 SWD）连接开发板，单步执行代码，检查变量的值，确保 ADC 转换结果正确。
- 使用串口调试助手，将温度和内部参考电压值发送到计算机，实时监测传感器数据。
2. 优化
- 可以采用多次采样取平均值的方法，提高测量精度。
- 可以根据实际应用需求，调整 ADC 的采样时间和转换模式，提高系统性能。
七、总结
通过以上步骤，你可以实现 STM32F407 内部温度传感器和内部参考电压传感器的驱动。这些传感器可以为系统提供重要的环境信息，提高系统的稳定性和可靠性。在实际应用中，你可以根据具体需求对代码进行修改和优化。