STM32F103内部温度传感器ADC采样与串口输出实战

简介：这份资源面向正在学习STM32嵌入式开发、需要动手实践ADC与温度采集的初学者与进阶者，基于野火STM32F103指南者开发板，提供一套可直接编译运行的简易温度读取工程。压缩包共366个文件，约17.18MB，以C源码与头文件为核心，包含52个.c与58个.h文件，覆盖stm32f10x_adc、tim、rcc、usart、i2c、can等标准外设库模块；同时附带Keil工程文件（uvprojx、uvoptx、sln）、编译中间产物（o、d、crf、axf、hex、map）以及少量图片与说明文档，便于直接打开工程、烧录验证与二次修改。已有51人学习下载，适合作为ADC单通道采集、内部温度传感器读取或外接温度模块实验的参考模板。读者可借此理解STM32F103的时钟配置、ADC初始化与数据转换流程，并对照工程结构快速搭建自己的温度采集程序，减少从零建工程的调试成本。

1. 从一块野火STM32F103指南者开始：温度读取到底在练什么

手里有一块野火STM32F103指南者，想读个温度，这件事听起来简单到不值得写一篇文章。但真正动手的人很快会发现，卡住你的从来不是"温度"两个字，而是STM32F103的ADC怎么配、内部温度传感器通道是哪一个、参考电压从哪来、读出来的电压怎么换算成摄氏度、串口怎么把结果打出来。这套流程走通一遍，等于把STM32的时钟树、GPIO复用、ADC采样、串口收发、Keil MDK工程搭建全部串了一遍，是典型的"小需求撬动大知识面"。

这篇笔记面向三类人：刚拿到指南者板子、想找个最小项目练手的新手；做过STM32但没碰过ADC内部通道的熟手；以及想拿"基于STM32的简易温度读取"做课程设计或毕业设计起步的人。我会按"工程怎么建 → ADC怎么配 → 温度怎么算 → 串口怎么看 → 坑在哪"的顺序讲，每一步都给出可复现的配置和代码，参数为什么这么设也一并说清。读完你应该能在一块空板上从零跑出温度值，并且知道读数飘、跳变、卡死时该往哪查。

2. 工程搭建与ADC采样链路：先把数据通路打通

2.1 为什么选内部温度传感器而不是外接DS18B20

STM32F103芯片内部自带一个温度传感器，连在ADC1的通道16上，不需要任何外部元件，上电就能读。它的绝对精度一般，手册给的典型误差在±1.5℃左右，适合做趋势观察和练手，不适合做精密测温。如果你要的是±0.5℃以内的精度，那应该外接DS18B20或者PT100，走单总线或运放调理。但对于"简易温度读取"这个目标，内部通道是最省事、最能暴露ADC配置问题的入口——它逼你把采样时间、参考电压、通道切换这些事想明白。

选内部通道还有一个好处：它和外部通道共用同一套ADC配置逻辑。你把通道16读通了，换成通道0读PA0上的外部电压，只需要改通道号和采样时间，其余代码不动。所以这个项目真正的价值不是温度，是把ADC这条链路跑通。

2.2 用Keil MDK建工程：从芯片包到可编译

野火指南者用的是STM32F103VET6，属于F103大容量系列。建工程第一步是装芯片包，也就是常说的Pack包。Keil MDK5之后芯片支持包和IDE分离，没装Pack的话新建工程时器件列表里根本找不到F103。

操作顺序是这样的：打开Keil，点Pack Installer，在Devices里找STMicroelectronics → STM32F1 Series → STM32F103，安装对应的DFP包。装完新建工程，选STM32F103VE。然后勾选运行环境里的CMSIS Core和Device Startup，标准外设库或HAL库按你的习惯选。野火早期教程多用标准库，现在新项目建议直接上HAL，CubeMX生成初始化代码更省心。

# 工程目录建议这样组织，别把所有文件堆在根目录 TempReader/ ├── Core/ │ ├── Inc/ # 头文件 │ └── Src/ # main.c、adc.c、usart.c ├── Drivers/ │ ├── CMSIS/ # 内核头文件 │ └── STM32F1xx_HAL_Driver/ ├── MDK-ARM/ # Keil工程文件 └── TempReader.ioc # CubeMX配置文件

目录分层的意义在于：CubeMX重新生成代码时只覆盖Core目录，你写在Drivers里的东西不会被冲掉。很多人把代码全写在main.c里，一重新生成就全没了，这是血泪经验。

2.3 ADC时钟与采样时间：两个决定读数稳不稳的参数

STM32F103的ADC挂在APB2总线上，最高时钟不能超过14MHz。系统跑72MHz时，APB2分频后通常是72MHz，ADC预分频器要设成6分频，得到12MHz，落在安全范围内。这一步如果配错，比如ADC时钟给到36MHz，读数会明显偏差甚至乱跳。

采样时间决定采样电容充电是否充分。内部温度传感器输出阻抗较高，手册建议采样时间不低于17.1μs。在12MHz ADC时钟下，一个采样周期是1/12MHz≈83ns，239.5个周期约20μs，满足要求。所以内部通道的采样时间要设成239.5周期，这是最稳妥的选择。

// adc.c 关键配置片段（HAL库） ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0}; hadc1.Instance = ADC1; hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE; // 单通道，不扫描 hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE; // 单次转换，按需触发 hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE; hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START; // 软件触发 hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; // 右对齐，读出来就是原始值 hadc1.Init.NbrOfConversion = 1; HAL_ADC_Init(&hadc1); sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR; // 通道16，内部温度传感器 sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1; sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5; // 高阻源必须长采样 HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);

参数说明：ScanConvMode关掉是因为只读一个通道；ContinuousConvMode关掉是为了按需采样，避免DMA一直搬数据；DataAlign右对齐让12位结果直接落在寄存器的低12位，换算时不用移位；SamplingTime选239.5周期是给内部传感器的高输出阻抗留足充电时间。这几项里，采样时间是最容易被忽略又最影响结果的，设短了读数会偏低且不稳。

2.4 单次采样与多次平均：读一次和读得准是两回事

配好ADC只是能读，读得准还得处理噪声。内部温度传感器本身噪声不小，单次采样跳个两三度很正常。常见做法是连续采16次或32次，去掉最大最小再取平均，或者直接算均值。我一般采32次求平均，兼顾速度和稳定。

// 连续采样N次求平均，返回原始ADC值 #define SAMPLE_TIMES 32 uint16_t ADC_ReadAverage(void) { uint32_t sum = 0; for (uint8_t i = 0; i < SAMPLE_TIMES; i++) { HAL_ADC_Start(&hadc1); // 启动转换 HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10); // 等待完成，超时10ms sum += HAL_ADC_GetValue(&hadc1); // 累加原始值 HAL_ADC_Stop(&hadc1); } return (uint16_t)(sum / SAMPLE_TIMES); // 取平均 }

逻辑说明：每次Start后必须Poll等待转换完成，否则GetValue读到的是上一次的旧值，这是新手最常翻车的地方。超时参数给10ms是防止硬件异常时死等。平均次数不是越多越好，32次在72MHz下耗时约几毫秒，再多人眼就能感觉到刷新变慢。如果你要更快的响应，可以降到8次，但读数会明显更跳。

3. 温度换算与串口输出：把ADC值变成能看的数字

3.1 从ADC原始值到电压：参考电压是换算的锚点

ADC读出来的是12位数字量，0到4095，对应0V到VREF+。STM32F103的VREF+在100脚以上封装里是独立引脚，指南者板上一般直接接到3.3V。所以换算公式是：电压 = 原始值 × 3.3 / 4095。

这里有个坑：如果你用的是VDD作为参考（没有独立VREF+引脚的封装），而VDD实际不是精确3.3V，比如USB供电时是3.28V，那换算就会带系统误差。要精确的话，应该用内部参考电压通道VREFINT（通道17）反推实际VREF。对练手项目，直接用3.3V够用；对要出数据的项目，这一步不能省。

// 原始值转电压，vref单位V float ADC_ToVoltage(uint16_t raw, float vref) { return (float)raw * vref / 4095.0f; // 12位ADC满量程4095 }

参数说明：4095是12位满量程，不是4096，虽然差1影响极小，但严谨写法用4095。vref传3.3f。这个函数对内部温度和外部通道通用，换通道不用改。

3.2 内部温度传感器的换算公式：斜率与偏移从哪来

STM32F103手册给出的温度换算关系是：温度 = (V25 - Vsense) / Avg_Slope + 25。其中V25是25℃时的传感器输出电压，典型值1.43V；Avg_Slope是斜率，典型值4.3mV/℃。注意公式里是V25减Vsense，因为温度升高时传感器输出电压是下降的，斜率为负。

// 内部温度传感器换算，返回摄氏度 float Get_ChipTemperature(void) { uint16_t raw = ADC_ReadAverage(); float vsense = ADC_ToVoltage(raw, 3.3f); // 转成电压 float temp = (1.43f - vsense) / 0.0043f + 25.0f; return temp; }

逻辑说明：1.43和0.0043是典型值，不是每颗芯片的实测值。同一批芯片之间V25可能差几十毫伏，对应好几度误差。如果你发现读数整体偏高或偏低一个固定值，大概率就是V25和实际不符，可以拿一个已知温度环境标定一下，把1.43改成实测值。斜率4.3mV/℃相对稳定，一般不用改。

3.3 串口打印：重定向printf和它的三个配置点

要把温度值看到，最方便的是串口。STM32F103指南者板载了USB转串口，接USART1的PA9/PA10。用printf需要重定向fputc，同时确保串口初始化正确、微库开启。

// 重定向fputc到USART1 #include <stdio.h> int fputc(int ch, FILE *f) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 10); return ch; }

三个必须检查的点：第一，Keil的Target选项里勾选Use MicroLIB，否则printf可能不工作或体积巨大；第二，串口波特率两边一致，常用115200；第三，PA9配成复用推挽输出，PA10配成浮空输入或上拉输入。这三点缺一个，串口就是黑匣子，什么都看不到。

// main循环里打印 while (1) { float t = Get_ChipTemperature(); printf("Chip Temp: %.2f C\r\n", t); HAL_Delay(500); // 500ms刷新一次，太快看不清 }

参数说明：%.2f保留两位小数，实际有效精度到不了两位，但看着舒服。\r\n是回车换行，很多串口助手只认\r\n，只写\n会不换行。HAL_Delay(500)给500ms，既能看到变化又不刷屏。如果你要连续监测，可以改成100ms，但要注意printf本身耗时，太快会拖慢主循环。

4. 避坑与排查：温度读数不对时先查这五处

4.1 读数恒为0或恒为4095

现象：串口打出来的温度要么是-273℃附近，要么是几百度，原始值不是0就是4095。

原因：ADC根本没启动，或者通道配错。恒0通常是没调用HAL_ADC_Start，或者Poll超时后GetValue读到空；恒4095是输入电压超过参考电压，或者通道选成了VSS。

解决：先单独打印原始ADC值，确认它在合理范围（内部温度通道常温下大约在1700到1800之间）。如果原始值就是0或4095，回去查ADC初始化有没有执行、通道号是不是ADC_CHANNEL_TEMPSENSOR、VREF+引脚有没有接好。

4.2 读数跳变超过5℃

现象：温度值在几度范围内快速跳动，静置也稳不下来。

原因：采样时间太短，采样电容没充够；或者没有做平均，单次噪声直接暴露；也可能是电源纹波大，VDD不稳。

解决：把采样时间从默认的1.5周期改成239.5周期，加32次平均。如果还跳，用示波器看VDD纹波，必要时在VREF+和VDD上加0.1μF去耦电容。指南者板上一般已有，但如果你自己搭的最小系统，这一步不能省。

4.3 温度整体偏高或偏低一个固定值

现象：读数稳定，但和室温差3到5度，且不随环境变化。

原因：V25典型值1.43V和你的芯片实际值不符，这是芯片个体差异，不是bug。

解决：把板子放在已知温度环境（比如空调房稳定25℃）静置十分钟，读原始电压，反推你的V25：V25 = Vsense + 0.0043 × (T - 25)。把算出来的值替换代码里的1.43。这一步做完，误差能压到1度以内。

4.4 串口无输出或乱码

现象：程序下载成功，但串口助手一片空白，或者全是乱码。

原因：乱码基本是波特率不匹配，空白可能是fputc没重定向、MicroLIB没勾、或者串口引脚配错。

解决：先确认两边波特率都是115200。再检查Keil的Use MicroLIB有没有勾。然后确认PA9/PA10的复用配置，PA9必须是GPIO_MODE_AF_PP，PA10是GPIO_MODE_IN_FLOATING。最后用示波器或逻辑分析仪看PA9有没有波形，有波形说明发送正常，问题在接收端配置。

4.5 程序跑一段时间后卡死

现象：刚开始正常打印，几十秒后停住，复位又能跑一会。

原因：HAL_Delay在中断里被调用导致死锁，或者PollForConversion超时后没处理，或者printf阻塞在串口发送上。

解决：检查有没有在中断服务函数里调HAL_Delay，有的话换成非阻塞延时。PollForConversion的超时返回值要判断，超时就跳过这次采样而不是继续。串口发送如果量大，考虑用DMA或者降低打印频率。我一般把打印间隔放到500ms以上，基本不会卡。

5. 进阶：用VREFINT校准和外部通道扩展把精度提上去

前面用的是固定3.3V参考，实际USB供电时VDD可能在3.2到3.4之间飘，这会直接反映到温度上。STM32F103内部有一个参考电压通道VREFINT，连在ADC1的通道17上，它的电压出厂校准过，典型值1.20V，且不随VDD变化。用它反推实际VREF，能把电源波动带来的误差消掉。

做法是：先读通道17的原始值，用已知的VREFINT校准值（存在芯片信息区，地址0x1FFFF7BA，单位mV）算出实际VREF，再用这个VREF去换算温度通道。

// 用VREFINT反推实际参考电压 #define VREFINT_CAL_ADDR ((uint16_t*)0x1FFFF7BA) // 校准值存放地址 #define VREFINT_CAL_VREF 3300 // 校准时的参考电压mV float Get_ActualVref(void) { uint16_t vrefint_raw; // 切换到通道17采样 ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0}; sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_VREFINT; sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1; sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5; HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig); HAL_ADC_Start(&hadc1); HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10); vrefint_raw = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); HAL_ADC_Stop(&hadc1); // 实际VREF = 校准值 × 校准参考 / 当前原始值 float vref = (float)(*VREFINT_CAL_ADDR) * VREFINT_CAL_VREF / vrefint_raw / 1000.0f; return vref; // 单位V }

逻辑说明：VREFINT的电压是固定的，ADC读出来的原始值和VREF成反比。校准值是在3.3V参考下测得的原始值，存进信息区。用校准值乘以3.3再除以当前原始值，就得到当前实际VREF。这个值通常在3.2到3.4之间，用它替换温度换算里的3.3，电源波动的影响就消掉了。

参数说明：0x1FFFF7BA是F103的VREFINT校准值地址，不同系列地址不同，F4在0x1FFF7A2A，用之前查对应手册。VREFINT_CAL_VREF固定3300mV，这是出厂校准条件。采样时间同样要239.5周期，VREFINT也是高阻源。

把VREFINT校准加进去之后，温度读数的重复性能到0.5℃以内，绝对值误差取决于你有没有标定V25。如果两个都做了，内部传感器做到±1℃是现实的。再往上就要外接传感器了，内部通道的天花板就在这。

外部通道扩展也顺带说一句：把sConfig.Channel改成ADC_CHANNEL_0，采样时间按外部源阻抗调整，就能读PA0上的电压。如果接的是NTC热敏电阻，换算公式换成Steinhart-Hart或者查表，其余代码不动。这就是先把内部通道跑通的价值——换传感器只是换个换算函数的事。

我自己的习惯是，每做一个新板子，先跑一遍内部温度和VREFINT，确认ADC链路和参考电压都正常，再去接外部传感器。这一步花不了十分钟，但能省掉后面"到底是传感器问题还是ADC问题"的反复排查。希望帮到你。

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