牛逼，不用外部電路檢測芯片工作電壓！

本篇筆記主要包含以下內容（電池供電產(chǎn)品尤其實(shí)用）：

1、如何進(jìn)行 ADC 校準，ADC 校準基本原理 

2、如何直接通過(guò)內部參考電壓得到芯片的工作電壓 

3、常見(jiàn)應用場(chǎng)合

在一些應用場(chǎng)合，往往需要得到芯片的工作電壓，確保芯片工作正常，比如低壓時(shí)進(jìn)行必要保護、 ADC 采集時(shí)校準等。

一般情況下，我們使用分壓電阻方式獲得芯片工作時(shí)的電壓，比如 STM32 可工作在 2.0~3.6 V（你沒(méi)看錯，2.0 V 也能工作，魚(yú)鷹有段時(shí)間不小心用了 5 V 電壓，芯片竟然也能工作，沒(méi)燒壞，也是奇跡，但不建議這么干）。但是需要增加額外電路。

另外，如果你能得到芯片的工作電壓（或 ADC 的基準電壓），在 ADC 校準方面也是有奇效。因為如果你的參考電壓變化了，那么你通過(guò) ADC 計算得到值必然也是有問(wèn)題的。

測量電壓值 = （ADC 值  *  參考電壓值 3.3）/ ADC 最大值 4096

即上式的 參考電壓 3.3v 變化了，那么你計算的測量電壓就和實(shí)際的不符。因為在這個(gè)公式里面，你假設參考電壓穩定不變?yōu)?3.3v ，但實(shí)際上如果因為某種原因，導致電壓上升或下降了，那么計算的測量電壓值就是有問(wèn)題的。

所以，為了精確測量電壓，就有了校準。

既然參考電壓也在變化，那么我們就直接把參考電壓也一起采集了，作為公式的參數輸入，如此一來(lái)，就能保證測量電壓的穩定性了。

但是參考電壓又應該怎么測量呢？還是使用分壓方式嗎？我們本身就是為了讓分壓方式測量的電壓更精確才使用校準的呀？這不是陷入了雞生蛋、蛋生雞的死循環(huán)？

如何跳出這一循環(huán)呢？關(guān)鍵在于是否存在一個(gè)電壓，可不隨外部電壓變化而變化，起碼不應該在芯片（2.0 ~ 3.6 V）正常工作時(shí)而變化，超出電壓范圍外就和我沒(méi)關(guān)系了。

就此我們可以想到一種常用器件，LDO （低壓差線(xiàn)性穩壓器），比如 5 V 轉 3.3 V，只要輸入電壓在芯片規定范圍內，它總是能穩定輸出 3.3 V。

在 STM32 中，內部都內置了一個(gè)比較穩定的內部參考電壓，即 VREFINT，一般電壓 1.2 V，但由于芯片差異，這也是不確定的，所以為了更加確定這個(gè)電壓值，芯片出廠(chǎng)時(shí)會(huì )進(jìn)行校準（又來(lái)一次校準），即把實(shí)際采集到的電壓 ADC 值保存到一個(gè)地址里面。

怎么理解這次校準呢？這個(gè)參考電壓內部連接到  ADC 外設中的一個(gè)通道，而 ADC 外設使用高精度穩壓源穩定供電 3.0 V，而此時(shí)該參考電壓也會(huì )輸出一個(gè)電壓，大概在 1.2V， 然后通過(guò) ADC 采集這個(gè)電壓的 ADC 值，并把這一次電壓值保存在一個(gè)地址里面。

這里舉一個(gè)具體例子（參考文章里面的）：

在這個(gè)芯片里面的參考電壓輸出就是 1.216 V，可以說(shuō)相當精確了，但是另一個(gè)同款芯片就不一定就是這個(gè)電壓了（但也基本在 1.2 V 左右，不會(huì )差太多），這就是所謂的差異，也是為什么要校準的原因。

那么得到這樣一個(gè)穩定的參考電壓有什么用，它的特點(diǎn)又是什么呢？

這個(gè)參考電壓你可以理解為，只要芯片工作在 2.0 ~ 3.6 V，它總是能輸出 1.216 V（當然是說(shuō)上面那顆芯片，其它芯片就不一定是這個(gè)電壓了）。

這樣一來(lái)，我們讓 VDDA（ADC 外設的基準電壓）= VDD（芯片工作電壓）。當工作電壓下降時(shí)，VDDA 電壓也在下降，也就是說(shuō) 4095 在下降前代表 3.3 V，那下降后代表的電壓值肯定更小了（還是代表 VDDA 的值，即總是代表的基準電壓）。

（圖片來(lái)源：茶話(huà) MCU） 

但是不管 VDDA（VDD） 怎么變化，Vrefint 的電壓值總是穩定在 1.216 V（但是這個(gè) ADC 值是處于變化中的）。而這也是我們反推外部電壓的基礎。

于是我們可以得到下面公式（前提芯片能正常工作，即 2.0 ~ 3.6 V）：

VDDA : 4095 = VREFINT : Adc_vrefint

因為 VDDA 等于 VDD，所以也可以認為是芯片的工作電壓。在這個(gè)公式中，Adc_vrefint 的 ADC 值我們可以通過(guò) ADC 的特殊通道（VREFINT 通道）采集回來(lái)，而 VREFINT 我們在前面通過(guò)某個(gè)地址的 ADC 值已經(jīng)計算出來(lái)了，就是 1.216 V，那么只有 VDDA 一個(gè)值不確定，計算它就是輕而易舉的事情了。

于是，通過(guò)采集 VREFINT 通道的 ADC 值，即可得到我們需要的 VDDA 值，也就是我們的芯片工作電壓?。?！

這就是不用外部電路檢測芯片電壓的內幕（原理）！

本來(lái)應該一切順利，這篇筆記也有一個(gè)完美的結局，但是很不幸的是，魚(yú)鷹找遍了手冊，網(wǎng)上也是到處找，始終沒(méi)有找到 STM32F1xx 系列芯片校準值的保存地址，而據網(wǎng)上的說(shuō)法是，這款芯片并沒(méi)有校準值，這就很讓人尷尬了（其它系列是否存在該校準值，可以看對應的數據手冊，如果有道友知道 STM32F1xx的地址，可留言告知）。

但是如果你對電壓精度要求不是很高的話(huà)，你可以直接認為參考電壓就是 1.200 V，用它來(lái)大概計算芯片的工作電壓也是問(wèn)題不大的。而如果你要更高的精度，那么你也可以像前面說(shuō)的那樣，自己找出每一顆芯片的實(shí)際參考電壓，人工校準。當然工作量就大了那么一些了（專(zhuān)門(mén)寫(xiě)一個(gè)校準程序，把校準值寫(xiě)入內部 FLASH 中）。

應用

那么這個(gè)功能一般用于什么場(chǎng)合呢？

實(shí)時(shí)檢測芯片的工作電壓，我們就知道芯片是否正常工作，從而排除芯片因為電源不穩導致的一些問(wèn)題。同時(shí)，我們可以把這個(gè)電壓值用于前面所說(shuō)的 ADC 校準中，這樣不管芯片工作電壓怎么變化（前提是芯片工作電壓和 ADC 基準電壓是一同一個(gè)），你測量的電壓值一定是準確的（即使電壓源紋波比較大）。

這個(gè)功能對于電池供電的產(chǎn)品尤其實(shí)用，因為電池電壓在使用過(guò)程中，肯定會(huì )發(fā)生變化，這也意味著(zhù)可能你的 ADC 基準電壓發(fā)生了變化（當然你也可以使用額外的穩壓源，這樣就會(huì )增加成本）。

當工作電壓低到一定程度時(shí)，我們希望能做一些保護工作，或者保存一些參數，我們該如何做呢？三種方法：

1、通過(guò)上述方法，定時(shí)采集 參考電壓 的 ADC 值，從而得到工作電壓，當電壓低于一定水平時(shí)，再采取一些措施。

2、使用 ADC 模擬看門(mén)狗功能，將這個(gè)通道的值加入到看門(mén)狗中，如此一來(lái)，只要電壓下降到你想要的值，就可以觸發(fā)看門(mén)狗，比方法一更及時(shí)，這也是參考文章介紹的一個(gè)應用，強烈建議各位道友看看這位大佬寫(xiě)的。

3、芯片內部有低電壓保護功能，當電壓低到一定水平時(shí)，可觸發(fā)中斷，但是只有幾個(gè)固定電平可選，不像上述方法可設置任意電平。

而在已出貨的產(chǎn)品中，可能當時(shí)我們并沒(méi)有考慮那么多，并沒(méi)有預留檢測工作電壓的電路，使用這個(gè)方法，就可以只更新軟件即可獲取工作電壓，相當實(shí)用。

這個(gè)方法魚(yú)鷹也曾用高精度穩壓源測試過(guò)，發(fā)現計算出來(lái)的電壓值精度相當高，而當魚(yú)鷹改變電壓大小時(shí)，計算出來(lái)的電壓也在實(shí)時(shí)變化，可謂實(shí)用的一匹，再也不用怕硬件工程師說(shuō)你采集的 ADC 值（軟件）有問(wèn)題了。

簡(jiǎn)單總結就是，采集 ADC 外設中的 VREFINT 通道值，通過(guò)上面公式簡(jiǎn)單計算，即可得到芯片當前的 ADC 參考電壓，也可認為是芯片工作電壓。代碼和普通的 ADC 采集沒(méi)多大區別，只是采集的通道由外部通道變?yōu)榱藘炔客ǖ?，所以魚(yú)鷹就不再提供具體參考例子了（可惜忘記截圖了，否則更有說(shuō)服力）。