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          基于 STM32U5 片內(nèi)溫度傳感器正確測算溫度

          作者: 時間:2024-02-06 來源:意法半導體中國 收藏

          1.    引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202402/455404.htm

          STM32 在內(nèi)部都帶有一個, 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(huán)境的溫度,但是用于監(jiān)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 75ZIT6Q 時,使用 ADC4 對內(nèi)部 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(nèi)部的 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(nèi)部溫度傳感器的。參考手冊說明了, 未經(jīng)校準的內(nèi)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(chǎn)過程中將校準值存儲在每個器件的系統(tǒng)存儲器中。用 戶在軟件開發(fā)中,可以在應用中去讀取這些數(shù)據(jù),用于提高溫度傳感器的準確性。

          這個校準值是寫在數(shù)據(jù)手冊的,如圖 1 所示。

          圖1. 內(nèi)部溫度傳感器

          圖片.png

          這張表格告訴我們,校準值 TS_CAL1 的數(shù)值位于存儲器地址 0x0BFA0710 和 0x0BFA0711,也就是它是一個 16-bit 的數(shù)據(jù);同理,校準值 TS_CAL2 的數(shù)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(nèi)部溫度傳感器的溫度的,如圖 2 所示。

          圖2. 讀取溫度傳感器

          圖片.png

          這里描述的是如何讀取內(nèi)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(jù)得到的數(shù)據(jù)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。

          圖片.png

          其中,

          Temperature (in ℃) 就是內(nèi)部傳感器的當前溫度;

          TS_DATA 為內(nèi)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 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:

          圖片.png

          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(nèi)部溫度傳感器進行采樣轉(zhuǎn)換,得到 TS_DATA 為 0xEAA,也就是 0d3754。

          那么,如果直接放進去算:

          圖片.png

          室溫下,這個 0.66℃顯然不對。

          2.3.1.  使用 ADC1 測量內(nèi)部溫度傳感器的溫度值

          再來看數(shù)據(jù)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(shù)

          圖片.png

          這個表格有一個非常重要的參數(shù),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(nèi)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:

          圖片.png

          這次算出來的結果為 29℃就對了。

          2.3.2.  使用 ADC4 測量內(nèi)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(nèi)部溫度傳感器進行采樣轉(zhuǎn)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(zhuǎn)為 12 位的數(shù)據(jù)才行。 將它們由 14 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為 12 位的數(shù)據(jù),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:

          圖片.png

          算出來的結果也是 29℃。

          3.    小結

          當我們使用芯片的內(nèi)部溫度傳感器計算內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)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。

          更多相關信息請見:基于 STM32U5 片內(nèi)溫度傳感器正確測算溫度  https://share.eepw.com.cn/share/download/id/391491



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