stm32 精确电压测量法（内部参考电压）

最新推荐文章于 2025-05-26 20:49:16 发布
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分类专栏： MCU编程 文章标签： 电压 ADC stm32
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_34672688/article/details/91874371
本文详细介绍如何在STM32L051C8芯片上使用ADC采集电压，包括内部参考电压的校准方法，以及如何通过软件处理提高电压采集的精度。文中提供了具体实例，展示了如何读取和计算电池电量，以及如何进行ADC校准。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

芯片型号：stm32l051c8（其它型号请参考datasheet，仅供参考）

使用ADC采集电压时若使用外部参考电压，如果外部电压变化，且低于正常LDO工作电压时，输出的电压将发生改变，导致基准电压改变而导致ADC电压出现偏差，因此在该芯片上查看datasheet后得知，厂家已经为我们考虑到这种情况，并在出厂时将类似于基准电压的值写在flash中。该值的环境：25°C， VDD = 3V时的情况，可以直接地址访问读取，我读取了两个芯片的值，大概在1670值左右。通过该值我们就有一个标准。

接下来看参考手册中对该款芯片的介绍，

 

我们可以看到，通过读取ADC IN17可以获得内部参考电压值，假设我们现在要读取电池电量，需要读取两个通道的值：

1、ADC IN17内部参考电压原始数据，也就是下图公式中的 VREFINT_DATA

2、读取电池电量连接通道原始数据,也就是下图公式中的ADC_DATAX值，我在板子上接的是ADC IN4

下图的计算公式就是利用内部参考的校准电压值和实际读取的内部参考电压值作一个线性关系，将这个斜率对应到我们需要测量的通道值。

说明：VREFINT_CAL：内部参考电压校准值，直接地址读取。比如该款芯片地址：0X1FF80078，那么我们可以这么做：

VREFINT_CAL = *(__IO uint16_t *)(0X1FF80078);

FULL_SCALE：根据我们设置的ADC分辨率而定，12位ADC分辨率值：2^12 - 1 = 4096 - 1.

实测数据：

VREFINT_CAL：1669 VREFINT_DATA： 1716

ADC_DATAX： 2046 FULL_SCALE： 4095

根据公式计算到电压值： VOL = 3 * 1669 * 2046 / (1716 * 4095) = 1.4578

电池电量： 1.4578 * 2 = 2.915 V

用万用表测量的电压值：1.44~ 1.45V波动， 校验成功。

 

 

************************************************************************************************************

2019-08-10补充

最近在项目中使用到ADC电压采集，由于使用的模拟量输出，所以对精度要求较高，使用上文的方式精度还不错，不过怎么调节都会与实际测量电压有偏差，为了降低这个误差，在软件上做处理。由于工程使用的是CubeMx生成的代码，经过调试，在采集电压前进行ADC校准会得到更好的精度。所以在采集前可加入这么一句代码：

HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc);                     //校准ADC

 

源码参考链接：https://download.youkuaiyun.com/download/qq_34672688/11239849

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单片机adc检测电池电压
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<think>首先，用户的问题是：“我想使用单片机的ADC功能检测电池电压 请问单片机 ADC 检测电池电压的方法”。我需要基于系统级指令和用户可见层的规则来构建回答。 系统级指令包括： - 行内数学表达式用 `$...$`，如 `$x^2$`。 - 独立公式用 `$$...$$` 并单独成段。 - LaTeX 语法正确。 - 使用中文回答。 - 生成相关问题。 - 引用的段落末尾添加引用标识，如 `[^1]`。 - 回答结构清晰，帮助用户逐步解决问题，保证真实可靠。 用户可见层强调结构清晰、逐步解决问题、真实可靠。 参考引用： - 引用[1]：描述了使用电阻分压检测电压，因为单片机ADC是3.3V供电，而电池电压可能更高。 - 引用[2]：详细介绍了基于51单片机的锂电池容量检测系统，包括ADC0832、ACS712等模块。 - 引用[3]：提到使用STC12C5a60s2单片机的自带ADC检测电压。 用户的问题是关于使用单片机ADC检测电池电压的一般方法。我需要提供通用方法，但可以基于引用中的信息。 回答结构： 1. **介绍基本原理**：解释ADC如何工作，为什么需要分压等。 2. **步骤说明**：逐步描述如何实现检测。 3. **代码示例**：提供简单的代码片段（如C语言）。 4. **注意事项**：包括安全、精度等。 5. **生成相关问题**：在最后添加相关问题。 确保使用中文。 数学表达：如果有数学内容，如分压公式，用 `$...$` 格式。例如，分压公式：`$V_{adc} = V_{batt} \times \frac{R2}{R1 + R2}$`。 独立公式：如果需要，单独成段用 `$$...$$`。 引用：在回答中引用参考内容时，添加标识如 `[^1]`。例如，提到分压方法时引用引用[1]。 相关问题：在最后添加几个相关问题，基于主题。 内容大纲： 1. **引言**：简要介绍ADC检测电压的重要性。 2. **基本原理**：解释分压原理，因为电池电压可能超过ADC参考电压。 - 公式：`$V_{adc} = V_{batt} \times \frac{R2}{R1 + R2}$` 3. **硬件设计**： - 选择电阻值。 - 连接电路。 4. **软件实现**： - 初始化ADC。 - 读取ADC值。 - 转换为实际电压。 - 公式：`$V_{batt} = V_{adc} \times \frac{R1 + R2}{R2}$` 或类似。 5. **代码示例**：提供伪代码或C代码。 6. **注意事项**：精度、滤波、电池保护等。 7. **相关问题**：生成3-5个相关问题。 基于引用： - 引用[1]提到电阻分压。 - 引用[2]和[3]提到具体单片机（如51系列）的实现。 所以，回答应通用，但可以举例基于51单片机。 最终回答以中文写出。</think>### 单片机 ADC 检测电池电压的方法 使用单片机的 ADC（模数转换器）功能检测电池电压是一种常见的嵌入式系统应用，尤其适用于电池管理系统、电源监控等场景。由于电池电压（如锂电池的 3.7V–4.2V）可能超过单片机 ADC 的参考电压（通常为 3.3V 或 5V），必须通过硬件电路（如电阻分压）进行降压处理，再结合软件算法实现电压读取和计算。下面我将以清晰的结构逐步解释实现方法，确保回答真实可靠，并基于引用中的技术细节[^1][^2][^3]。 #### 1. **基本原理** - **ADC 工作原理**：单片机 ADC 将模拟电压信号转换为数字值（例如，10位 ADC 输出 0–1023）。ADC 的参考电压（$V_{ref}$）通常由单片机供电电压决定（如 3.3V 或 5V）。 - **分压电路的必要性**：如果电池电压（$V_{batt}$）高于 $V_{ref}$，直接连接会损坏 ADC。因此，需使用电阻分压电路降压，公式为： $$V_{adc} = V_{batt} \times \frac{R2}{R1 + R2}$$ 其中： - $V_{adc}$ 是输入到 ADC 引脚的电压。 - $R1$ 和 $R2$ 是分压电阻，需根据电池电压范围选择合适阻值。 - 实际电池电压可通过 ADC 读数反推： $$V_{batt} = \frac{V_{adc} \times (R1 + R2)}{R2}$$ 这种方法在引用[1]中被明确使用，通过串接电阻分压来保护单片机[^1]。 #### 2. **硬件设计步骤** 硬件部分包括分压电路和单片机连接，确保安全可靠： - **步骤 1: 选择电阻值** - 计算原则：使 $V_{adc}$ 始终在 ADC 输入范围内（0–$V_{ref}$）。例如，对 3.7V 锂电池和 $V_{ref} = 3.3V$，设定 $V_{adc}$ 最大为 3.3V。 - 公式推导：设 $V_{batt\_max} = 4.2V$，则 $\frac{R2}{R1 + R2} = \frac{V_{ref}}{V_{batt\_max}}$。推荐 $R1$ 和 $R2$ 在 10kΩ–100kΩ 范围以减小功耗（如 $R1 = 10k\Omega$, $R2 = 10k\Omega$，分压比 0.5）。 - 注意：电阻精度影响测量准确性，建议使用 1% 精度的金属膜电阻。 - **步骤 2: 连接电路** - 将电池正极通过 $R1$ 连接到 ADC 引脚，$R2$ 接地，ADC 引脚连接在 $R1$ 和 $R2$ 之间（见下图简化示意图）。 - 添加滤波电容（如 0.1μF）并联在 $R2$ 上，以减少噪声干扰。 - 参考引用[2]，该系统使用 ADC0832 或单片机自带 ADC（如 STC12C5a60s2）实现电压采集[^2][^3]。 ``` 电池正极 ── R1 ──── ADC 引脚 (单片机) │ R2 │ GND ``` #### 3. **软件实现步骤** 软件部分包括 ADC 初始化、读取和计算，使用 C 语言编写（以 51 单片机为例，基于 Keil 开发环境）： - **步骤 1: 初始化 ADC** - 配置 ADC 通道、参考电压和采样率。对于 STC12C5a60s2 等单片机，需设置相关寄存器。 - 示例代码： ```c #include <STC12C5A60S2.h> void ADC_Init() { P1ASF = 0x04; // 设置 P1.2 为 ADC 输入（通道 2） ADC_CONTR = 0x80; // 开启 ADC 电源，设置速度 delay_ms(10); // 延时稳定 } ``` - **步骤 2: 读取 ADC 值** - 启动 ADC 转换，读取数字值（$ADC_{value}$）。 - 示例代码： ```c unsigned int Read_ADC() { ADC_CONTR |= 0x08; // 启动转换（通道 2） while (!(ADC_CONTR & 0x10)); // 等待转换完成 ADC_CONTR &= ~0x10; // 清除标志 return (ADC_RES << 2) | ADC_RESL; // 返回 10 位 ADC 值 } ``` - **步骤 3: 转换为实际电压** - 使用分压公式计算 $V_{batt}$： $$V_{batt} = \frac{ADC_{value} \times V_{ref}}{1023} \times \frac{R1 + R2}{R2}$$ - 示例代码（假设 $V_{ref} = 3.3V$, $R1 = 10k\Omega$, $R2 = 10k\Omega$）： ```c float Get_Battery_Voltage() { unsigned int adc_value = Read_ADC(); float v_adc = (adc_value * 3.3) / 1023.0; // 计算 V_adc float v_batt = v_adc * (10000 + 10000) / 10000; // 分压反推 return v_batt; // 返回电池电压 } ``` - 在引用[3]中，类似方法用于实时显示电压和电量指示[^3]。 - **步骤 4: 添加滤波处理（可选）** - 为提高精度，可对多次采样取平均（如 10 次），减少噪声： ```c float Average_Voltage() { float sum = 0; for (int i = 0; i < 10; i++) { sum += Get_Battery_Voltage(); delay_ms(10); } return sum / 10; } ``` #### 4. **注意事项** - **安全保护**：电池反接或过压可能损坏电路，建议添加二极管保护（如 1N4148）。 - **精度提升**： - 校准 $V_{ref}$：实际 $V_{ref}$ 可能有偏差，可通过外部基准源校准。 - 温度补偿：电池电压受温度影响，可在软件中添加补偿算法。 - **功耗控制**：分压电阻会持续耗电，选择高阻值电阻（如 100kΩ）或仅在测量时通电。 - **电池管理扩展**：如引用[2]所述，可结合电流检测（如 ACS712 模块）实现容量计算，通过放电时间积分估算电量[^2]。 - **常见单片机选择**：51 系列（如 STC89C52、STC12C5a60s2）成本低且易用，自带 ADC 型号可简化设计[^3]。 #### 5. **完整示例流程** - **硬件**：锂电池 → 分压电路（$R1=10k\Omega$, $R2=10k\Omega$）→ 单片机 ADC 引脚（如 P1.2）。 - **软件**：初始化 ADC → 循环读取 → 计算电压 → 显示到 LCD 或串口。 - 实测：若 ADC 读数 512（10位），$V_{ref}=3.3V$，则 $V_{adc} = 512 \times 3.3 / 1023 \approx 1.65V$，$V_{batt} = 1.65 \times 2 = 3.3V$。 通过以上步骤，您可以可靠地检测电池电压。如需更完整的项目参考，可查阅基于 STC 单片机的开源设计[^3]。
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