STM32 HAL库 + LM2904运算放大器 + ADC + VDO温度传感器：电路设计及代码实现

本文将详细介绍如何使用STM32F407的HAL库，实现通过单通道ADC采集VDO温度传感器的信号，并通过串口将采集到的温度值打印输出。具体流程包括：通过分压电阻将获得VDO温度传感器的分压电压，再利用运算放大器LM2904对信号进行放大，随后将信号输入STM32的ADC1模块读取通道8（对应引脚PB0）。最终，处理后的温度数据通过串口1发送至串口助手进行实时显示。

 一、开发环境

硬件：自己搭建采样电路

单片机：STM32F407ZGT6

Keil版本：5.32

STM32CubeMX版本：6.9.2

STM32Cube MCU Packges版本：STM32F4 V1.27.1

二、VDO温度传感器

1.VDO温度传感器：是一种常见的汽车部件，常用于检测发动机或冷却液的温度。它通过热敏电阻的特性，利用温度与电阻之间的非线性关系输出数据。

三、硬件电路

  四、配置STM32CubeMX

1. 启动STM32CubeMX，新建STM32CubeMX项目：​
2. 选择MCU：在软件中选择你的STM32型号-STM32F407ZGT6。​

3. 选择时钟源：

4. 配置时钟：
5. ​使能Debug功能：Serial Wire
6. ​HAL库时基选择：SysTick
7. USART1配置：选择异步模式。

8. 开启外部时钟：配置系统时钟，确保ADC和串口的外部时钟已开启。

9. 配置ADC：

1）选择ADC1作为采集模块。

2）设置AD1的通道8（对应引脚PB0）为采集通道。

3）配置采样时间和分辨率。通常，采样时间越长，ADC的转换精度越高，但也会增加转换时间。

4）禁用扫描模式，因为我们只采集一个通道。

10.配置工程参数：在Project标签页中，配置项目名称和位置，选择工具链MDK-ARM。​ 11.生成代码：在Code Generator标签页中，配置工程外设文件与HAL库，勾选头文件.c和.h文件分开，然后点击Project > Generate Code生成代码。 

五、代码实现与部署

1.  main.c增加代码：main.c的第1行添加printf的头文件#include<stdio.h>，在 while（1）里增加数行代码。​​​​​ADC电压换算时用到公式：待测电压=(ADC的返回值/4095​)∗3.3V​.具体参考附件的完整代码。

   /* USER CODE BEGIN 0 */
   uint16_t adc_value = 0;  
   float adc_voltage_value = 0;  
   float input_voltage_value = 0;  
   char buffer[30];  
   
   #define R_4K99    4990			//分压电阻值4.99K
   #define R_6K80    6800			//分压电阻值6.80K
   #define R_10K0   	10000			//并联电阻值10.0K
   #define   SENSOR_VDD			5303		//分压输入源
   
   //温度传感器温度电阻曲线,
   int16_t VT_T_SGH_Tsensor_tab[15][2] = {
   	 //(阻值R,温度℃)
       {19, 180}, {32, 130}, {56, 110}, {77, 100}, {106, 80},
       {217, 60}, {327, 40}, {508, 20}, {1000, 10},
       // 剩余元素填充为示例，实际使用中应确保所有元素都已正确初始化,
       {0, 0}, {0, 0}, {0, 0}, {0, 0}, {0, 0}
   };
   float getCheckTabValue(int16_t tab[15][2], float x);
   float  RzOT;		//总电阻值		Rot和R83(R_10K0)、R89(R_6K80)并联后的总电阻记为Rzot
   float  ROT;			//VDO温度传感器电阻记为Rot，
   float sensor_VOT;   //反算出VDO温度传感器电阻Rot的分压 
   float temperature; 
   /* USER CODE END 0 */
   
   /**
     * @brief  The application entry point.
     * @retval int
     */
   int main(void)
   {
     /* USER CODE BEGIN 1 */
   
     /* USER CODE END 1 */
   
     /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
   
     /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
     HAL_Init();
   
     /* USER CODE BEGIN Init */
   
     /* USER CODE END Init */
   
     /* Configure the system clock */
     SystemClock_Config();
   
     /* USER CODE BEGIN SysInit */
   
     /* USER CODE END SysInit */
   
     /* Initialize all configured peripherals */
     MX_GPIO_Init();
     MX_USART1_UART_Init();
     MX_ADC1_Init();
     MX_ADC3_Init();
     /* USER CODE BEGIN 2 */
   
     /* USER CODE END 2 */
   
     /* Infinite loop */
     /* USER CODE BEGIN WHILE */
     while (1)
     {
       /* USER CODE END WHILE */
   
       /* USER CODE BEGIN 3 */
   		
   		HAL_ADC_Start(&hadc1); // 启动ADC采集  
     
   		// 轮询ADC转换状态  
   		if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY) == HAL_OK)  
   		{  
   				adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); // 获取转换后的数字值  
   				adc_voltage_value = adc_value*1000/ 4095.0f* 3.3; // 获取转换后的adc电压值mv  
   			  sensor_VOT  = adc_voltage_value *1.470588235f;   //反算出温度传感器的分压 
   			  RzOT  = (R_4K99*sensor_VOT)   /(SENSOR_VDD-sensor_VOT);		//总电阻值		Rot和R83(R_10K0)、R89(R_6K80)并联后的总电阻记为Rzot
           ROT   = ((R_10K0+R_6K80)*RzOT)  /((R_10K0+R_6K80)-RzOT);			//换算VDO温度传感器电阻Rot，(并联 10K+6.8K电阻) 
   			  temperature=getCheckTabValue(VT_T_SGH_Tsensor_tab,ROT);       //查表获得温度
   	          // 将温度值格式化为字符串  
   				sprintf(buffer, "temperature: %.1fV\r\n",temperature);  
   				// 发送温度值到串口  
   				printf("%s",buffer);   
   		}  
   
   		HAL_Delay(500); // 添加延时  
       }  
     
     /* USER CODE END 3 */
   }
   
   /* USER CODE BEGIN 4 */
   
   float getCheckTabValue(int16_t tab[][2], float x) {
       // 定义斜率k和截距b
       float k, b, t;
       int i,index;
   
       // 处理x小于最小tab[0][0]的情况
       if (x < tab[0][0]) {
           return tab[0][1];
       }
   
       // 找到x所在的区间 [tab[i][0], tab[i+1][0]]
       for (i = 0; i < 14; i++) {
           if (x >= tab[i][0] && x <= tab[i + 1][0]) {
   					  index = i;
               break;
           }
       }
   		if (i == 14 && x > tab[14][0]) {
   					index = 14;
   		}
   		if(i<2)
   		return 65535;
       // 如果x大于tab中最大的x值，使用最后一个点
   	
   			// 计算斜率k和截距b
   			k = (float)(tab[i + 1][1] - tab[i][1]) / (tab[i + 1][0] - tab[i][0]); //k=(y2-y1)/(x2-x1)
   			b = tab[i][1] - k * tab[i][0];
   
   			// 计算并返回y值
   			t = k * x + b; //y = kx + b 是直线方程
   			return t;
   	 
   }

2.  usart.c增加代码：usart.c的第1行添加头文件#include <stdio.h>
   #include <string.h>，在末尾用户代码区增加如下代码。printf调用“fputc()”,fgetc()，该函数会使用HAL_UART_Transmit发送数据。

   /*
   * 添加如下代码，可不在工程设置中勾选Use MicroLIB
   */
   #pragma import(__use_no_semihosting)
   
   struct __FILE
   {
   	int a;
   };
   
   FILE __stdout;
   FILE __stdin;
   
   void _sys_exit(int x)
   {
   }
   
   
   /*****************************************************
   *function: 写字符文件函数
   *param1: 输出的字符
   *param2: 文件指针
   *return: 输出字符的ASCII码
   ******************************************************/
   int fputc(int ch, FILE *f)
   {
   	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, 10);
   	return ch;
   }
   /*****************************************************
   *function: 读字符文件函数
   *param1: 文件指针
   *return: 读取字符的ASCII码
   ******************************************************/
   int fgetc(FILE *f)
   {
   	uint8_t ch = 0;
   	HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, 10);
   	return (int)ch;
   }

3. 连接USART1：用USB转TTL工具连接当前硬件USART1的PA9、PA10，GND。​​
4. 打开串口助手：​​
5. 编译代码：Keil编译生成的代码。

6. 烧录程序：将编译好的程序用ST-LINK烧录到STM32微控制器中。

六、运行结果

1.温度传感器在16℃下的测试

在16℃下测试时，获取转换后的adc电压值418mv  ,换算VDO温度传感器电阻Rot=681欧姆,查表获得温度16.4℃,与上面电阻分压与增益计算和实际温度接近.

八、注意事项

1.确保你的开发环境和工具已经正确安装和配置。

2.确保自己搭建采样电路连接没错，接到响应的ADC口。

3.如果没有打印电压值，按一下复位键，检查连接和电源是否正确，注意根据你所用的硬件来接线，不要接错线了。