校准 STM32 ADC (VREFINT)答案

【问题标题】：Calibrating STM32 ADC (VREFINT)校准 STM32 ADC (VREFINT)
【发布时间】：2020-02-08 05:15:52
【问题描述】：

我正在尝试在 STM32F042 微控制器上读取 VDDA。当 VDD 为 3.29V 时，我得到了意想不到的结果。我一定错过了一些基本的东西。

输出：

VREFINT=1917; VREFINT_CAL=1524; VDDA=2623 mV
VREFINT=1885; VREFINT_CAL=1524; VDDA=2668 mV
VREFINT=1913; VREFINT_CAL=1524; VDDA=2628 mV
VREFINT=1917; VREFINT_CAL=1524; VDDA=2623 mV
VREFINT=1917; VREFINT_CAL=1524; VDDA=2623 mV

adc_test.c:

#include <stdio.h>
#include "stm32f0xx.h"

#define VREFINT_CAL_ADDR                0x1FFFF7BA  /* datasheet p. 19 */
#define VREFINT_CAL ((uint16_t*) VREFINT_CAL_ADDR)

extern void initialise_monitor_handles(void);

int main(void)
{
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_ADC1EN;     /* enable ADC peripheral clock */
    RCC->CR2 |= RCC_CR2_HSI14ON;            /* start ADC HSI */
    while (!(RCC->CR2 & RCC_CR2_HSI14RDY)); /* wait for completion */
    /* calibration */
    ADC1->CR |= ADC_CR_ADCAL;               /* start ADc CALibration */
    while (ADC1->CR & ADC_CR_ADCAL);        /* wait for completion */
    ADC1->CR |= ADC_CR_ADEN;                /* ADc ENable */
    while (!(ADC1->ISR & ADC_ISR_ADRDY));   /* wait for completion */
    ADC1->SMPR |= ADC_SMPR1_SMPR_0 |        /* sampling mode: longest */
      ADC_SMPR1_SMPR_1 |
      ADC_SMPR1_SMPR_2;
    /* VDD reference */
    ADC->CCR |= ADC_CCR_VREFEN;             /* VREF Enable */
    ADC1->CHSELR = ADC_CHSELR_CHSEL17;      /* CH17 = VREFINT */

    initialise_monitor_handles();           /* enable semihosting */

    while (1) {
        ADC1->CR |= ADC_CR_ADSTART;             /* start ADC conversion */
        while (!(ADC1->ISR & ADC_ISR_EOC));     /* wait for completion */
        uint32_t vdda = 3300UL * *VREFINT_CAL / ADC1->DR; /* ref. manual p. 252; constant and result in millivolts */
        printf("VREFINT=%lu; VREFINT_CAL=%lu; VDDA=%lu mV\n",
                (unsigned long)ADC1->DR,
                (unsigned long)*VREFINT_CAL,
                (unsigned long)vdda);
    }
}

数据表截图：

参考手册截图

注意这是指 .3V，但我认为这是一个错字，因为上面的数据表和下面较长的公式指的是 3.3V，而 .3V 低于这部分的最低工作电压

【问题讨论】：

我看不出你的代码有什么明显错误，我可以确认参考手册中的.3而不是3.3确实是一个错字（我在网上找到的副本没有有那个错误）。关于这个问题的一个疯狂猜测——你是否可能让 Vssa 引脚悬空，而不是接地？（假设您使用的是实际上具有单独 Vssa 引脚的 STM32F042 变体。）您在计算 Vdda 时的错误可疑地接近一个二极管压降，如果负参考电压浮动，这似乎是一个合理的结果。
这是一个有趣的想法，但是引脚（引脚 32）连接到 GND：imgur.com/gMo2GsH 有趣的是，散热垫没有连接任何东西。
该原理图大错特错 - 它显示了该部件的 UFQFNP32 变体的部件号，但根据 LQFP32 变体（甚至没有导热垫）标记了引脚。在 UFQFPN32 上，引脚 16 和 32 是额外的端口 B I/O 引脚，散热垫是您的唯一接地连接，绝对需要正确操作。基本上，您的芯片仅通过某些 I/O 引脚上的 ESD 保护二极管接地，而 2.62V 是芯片接收到的电源的准确测量值。
Owwww......你说得对。以前版本的原理图需要 LQFP32，然后改为 UFQFNP32，我猜硬件人员没有仔细阅读数据表。这看起来很糟糕......我很惊讶芯片完全可以工作，而且做得很好（在数字领域）。显然必须在董事会的下一次旋转中解决这个问题。作为权宜之计，将 PB2 和 PB8 设置为输入而不是高阻值是否有助于将芯片中的更多电路连接到地，或者 ESD 二极管是唯一的接地路径？
不要认为输入与 hi-Z 有任何区别。将引脚设置为输出低电平实际上可能会获得更好的接地路径，尽管这很危险——即使是短暂的输出高电平状态也可能会烧毁一些东西。如果芯片下方有一个没有走线的点，您也许可以从背面铣穿并实际连接到导热垫。（嘿，可能会更糟 - 我见过类似的“错误足迹”电路板布局，其中两个足迹基本上旋转了 90° - 绝对没有任何东西连接到可用的引脚。）

标签： stm32 adc stm32f0

【解决方案1】：

我目前正在为 STM32L4 开发一个 ADC 驱动程序。在实施过程中，我遇到了几乎相同的问题。我认为第一个公式

计算的不是 VDDA，而是 VREF+。这是 ADC 评估 ADC-IN 通道所依据的电压。此外，VREFINT_DATA 不是测量的 VREF+ 电压，而是取决于控制器的内部参考电压。就我而言，它在控制器数据表中定义：

这是我如何使用发布的公式的图片：

一些cmets： ln 102: 计算 VREF+ 而不是 VDDA

ln 105-110：计算所有等级/配置的序列

ln 108：计算ADCpin_x测量的电压

ln 109：乘以增益得到实际值

在我看来，通过计算每个转换序列的 VREF+，我会得到更好的结果，因为这样可以补偿 VREF+ 上的一些波纹。

【讨论】：

就我而言，答案是接地不当。一旦我们正确连接接地，公式就可以正常工作。

【解决方案2】：

其实是计算Vdda，由于Vref计算很简单，所以你要读取ADC的对应通道，采样时间比数据手册中标注的要长（一般为10us）。如果 Vdda 为 2.0 V，则 4095 的值对应于 2.0（或更高）V 绝对值（相关 GND）。以线性方式，Vref 的值会比用 Vdda = 3.30 V 读取的值高得多。因此，需要对 2.0 V 读取的值进行补偿，才能知道电压的绝对值。 ADC 正在测量。如果不进行补偿，它们将是相对于 Vdda 在那一刻的电压电平的值。此外，电源值达到，这将是有用的，以免超出单片机的规格。

【讨论】：

【解决方案3】：

正如@Artur所说Vref +不是Vdda，但通常（这就是我在硬件设计中的方式）Vref +连接到Vdda（根据数据表使用相应的滤波器），因此计算Vdda与计算 Vref +。

我会告诉你如何计算 vdda，因为我有它基于 STM32L431。

。您必须首先配置 ADC 以测量 VREFINT：

void MX_ADC1_Init(void)
{

    /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 0 */

    /* USER CODE END ADC1_Init 0 */

    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

    /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 1 */

    /* USER CODE END ADC1_Init 1 */
    /** Common config
     */
    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;
    hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
    hadc1.Init.LowPowerAutoWait = DISABLE;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    hadc1.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
    hadc1.Init.Overrun = ADC_OVR_DATA_PRESERVED;
    hadc1.Init.OversamplingMode = DISABLE;
    if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    /** Configure Regular Channel
     */
    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_VREFINT;
    sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_247CYCLES_5;
    sConfig.SingleDiff = ADC_SINGLE_ENDED;
    sConfig.OffsetNumber = ADC_OFFSET_NONE;
    sConfig.Offset = 0;
    if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
    /* USER CODE BEGIN ADC1_Init 2 */

    /* USER CODE END ADC1_Init 2 */
}

。现在我将向您展示执行方程式的代码：

vdda = 3.0 * (VREFINT_CAL /average);
vch = VREF * (average / ADC_RESOLUTION);

log("vdd = %.5f - ", vdda);
log("vchn = %.5f", vch);

地点：

#define ADC_RESOLUTION 4095.0           // adc resolution 12 bits
#define VREFINT_CAL 1655.00             // Raw data acquired at a temperature of 30 °C (± 5 °C), VDDA = VREF+ = 3.0 V (± 10 mV)
#define VREF 3.3                        // voltage reference 3.3V

注意：

'average' 是 adc 采集的 256 个样本的平均值（它只是一个简单的过滤器）。

'log'是我自己创建的一个函数，类似于uart的printf。

“VREFINT_CAL”因型号而异。

结果：

vdd = 3.28035 - vchn = 1.21343

我们看到 VREFINT 与数据表匹配（1.212V 典型值）：

VREFINT

【讨论】：