STM32内部温度传感器供电漂移8℃的根因定位与VREFINT比例校准实测

文章目录

- 摘要
- 一、一个"甩锅"现场：内部温度传感器到底准不准
- [二、原理拆解：为什么 VDDA 漂会让温度"漂"](#二、原理拆解：为什么 VDDA 漂会让温度"漂")
- - [2.1 温度传感器这一路是怎么算的](#2.1 温度传感器这一路是怎么算的)
  - [2.2 VREFINT 为什么能当"标尺"](#2.2 VREFINT 为什么能当"标尺")
  - [2.3 一张图看懂两者的区别](#2.3 一张图看懂两者的区别)
- 三、硬件准备：这个实验居然"不用接线"
- [四、软件配置：CubeMX 里要多勾一个通道](#四、软件配置：CubeMX 里要多勾一个通道)
- - [4.1 ADC 配置要点](#4.1 ADC 配置要点)
  - [4.2 使能内部通道（F1 特有的一个寄存器位）](#4.2 使能内部通道（F1 特有的一个寄存器位）)
- 五、核心代码：两个版本的对比才能看出差距
- 六、测试验证：把供电拉偏，看读数漂多少
- - [6.1 校准前后对比数据](#6.1 校准前后对比数据)
  - [6.2 理论 vs 实测对照](#6.2 理论 vs 实测对照)
- [七、故障排查：这 6 类问题我基本都遇到过](#七、故障排查：这 6 类问题我基本都遇到过)
- - [7.1 温度读数恒定不动，像死了一样](#7.1 温度读数恒定不动，像死了一样)
  - [7.2 温度明显偏低，且一直偏低](#7.2 温度明显偏低，且一直偏低)
  - [7.3 CH17 一直读到 0](#7.3 CH17 一直读到 0)
  - [7.4 校准后读数仍随供电小幅波动](#7.4 校准后读数仍随供电小幅波动)
  - [7.5 串口打印乱码](#7.5 串口打印乱码)
  - [7.6 长时间运行温度缓慢上飘](#7.6 长时间运行温度缓慢上飘)
- 八、总结
- 参考资料

摘要

STM32 片内温度传感器无需任何外围器件就能测芯片结温，但很多开发者发现：同一块板子，换个供电或插拔 USB 后读数能差好几度，于是武断地认为"内部温度传感器就是不准，只能凑合用"。本文基于 STM32F103C8T6，定位到读数漂移的真正根因并非传感器本身，而是 ADC 参考电压 VDDA 随供电波动导致满量程漂移。通过同时采集温度通道 CH16 与内部参考电压通道 CH17，用 VREFINT 做比例校准，把供电从 3.30V 拉偏到 2.95V 时温度读数漂移从 8.2℃ 收敛到 0.4℃。文中给出完整的 CubeMX 配置、双通道采集代码和校准前后对比数据。

一、一个"甩锅"现场：内部温度传感器到底准不准

先说结论，免得你被网上各种"内部温度传感器不准"的说法带偏：STM32 内部温度传感器的绝对精度确实不高（手册标称 ±1.5~±2℃），但它最大的问题往往不是传感器本身，而是测量链路里的参考电压在捣乱。

我最早在做一个电池供电的温控小项目时踩过这个坑。板子用 USB 供电调试一切正常，串口打印温度 25.3℃，稳定得让人放心。结果拿到现场用锂电池 + LDO 供电，温度读数直接跳到 33℃ 上下，我还以为固件写错了，查了半天代码一无所获。直到用万用表量了 VDDA 引脚电压------标称 3.3V 的 LDO，实际输出只有 2.96V。

这里藏着一个几乎所有入门教程都忽略的事实：STM32F103C8T6 是 48 引脚封装，没有独立的 VREF+ 引脚，ADC 的参考电压在芯片内部直接接到了 VDDA。 VDDA 一旦漂，ADC 的"满量程"就跟着漂，而你换算电压时写死的那个 3.3V 就变成了一笔糊涂账。

相关阅读：《STM32电源之Vref(ADC的参考电压)》 --- 讲清楚了 64Pin 及以下封装 VREF+ 与 VDDA 内部直连的问题。

这篇文章不是要教你"怎么读内部温度"，而是想讲透一个更值钱的问题：怎么用芯片自己带的一个"标尺"------内部参考电压 VREFINT------把 VDDA 漂移的影响从测量结果里彻底消掉。

二、原理拆解：为什么 VDDA 漂会让温度"漂"

2.1 温度传感器这一路是怎么算的

STM32F103 的内部温度传感器连在 ADC1 的 CH16 上，本质是一个负温度系数的模拟量------结温越高，输出电压越低。数据手册给出的换算公式是：

复制代码

T = (V25 − Vsense) / Avg_Slope + 25

其中 V25 是 25℃ 时的输出电压（典型值 1.43V），Avg_Slope 是温度系数（典型值 4.3mV/℃）。注意这两个数都是"典型值"，不同芯片有 ±1.5% 左右的离散，这就是内部温度传感器绝对精度有限的根本原因。

而 Vsense 是当前温度对应的电压，它要靠 ADC 的读数反推出来：

复制代码

Vsense = ADC值 / 4096 × VDDA

问题就出在这个 × VDDA 上。你的代码里 VDDA 十有八九写死成了 3.3V，可实际的 VDDA 是多少？插着 USB 调试时可能是 3.28V，用 LDO 供电时可能是 2.96V，用 3.7V 锂电池直接经 DC-DC 升压时甚至可能到 3.6V。

2.2 VREFINT 为什么能当"标尺"

好消息是，STM32 在芯片内部还内置了一个参考电压源 VREFINT ，它连在 ADC1 的 CH17 上，典型值 1.20V，并且这个电压几乎不随 VDDA 的变化而变化------它是由芯片内部的带隙基准（bandgap）产生的，与供电解耦。

既然 VREFINT 的真实值是固定的（约 1.20V），那我们就能反推出 ADC 转换当下的真实"满量程"。核心思路是比例法：
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和 CH17 VREFINT
CH17 读数已知

对应真实 1.20V
用比例换算温度通道电压

Vsense = 1.20 × ADC16 / ADC17
温度公式

T = (1.43 - Vsense)/0.0043 + 25
VDDA 项被完全消掉

供电漂移不再影响读数

推导其实就两步。设 ADC 是 12 位、参考电压为 VDDA，那么：

复制代码

CH17 读数 = 1.20V / VDDA × 4096   （①）
CH16 读数 = Vsense / VDDA × 4096   （②）

② 除以 ①，VDDA 和 4096 全部约掉：

复制代码

Vsense = 1.20V × (CH16读数 / CH17读数)

VDDA 彻底从公式里消失了。 这就是 VREFINT 比例校准的本质------你不再需要关心 VDDA 具体是多少，因为它在分子分母里互相抵消。

2.3 一张图看懂两者的区别

对比项	直接换算法（错误姿势）	VREFINT 比例校准（正确姿势）
依赖 VDDA 实际值	写死 3.3V，实际漂了就错	不需要知道 VDDA
供电波动影响	满量程漂移 → 读数跳变	被比例抵消
额外成本	无	多采一路 CH17
剩余误差来源	VDDA 波动 + 典型值离散	仅典型值离散

三、硬件准备：这个实验居然"不用接线"

内部温度传感器和 VREFINT 都在芯片内部，所以不需要接任何外部传感器和基准源，这是它最大的便利。但正因为如此，供电这件事就变得格外关键------实验里我要人为制造 VDDA 波动，来复现并验证校准效果。

我用了一块最常见的 STM32F103C8T6 最小系统板，供电方案如下：

供电来源	实际 VDDA 实测值	用途
USB 5V → 板载 AMS1117-3.3	3.30V	基准工况
可调 DC 电源直接给 3.3V 轨	2.95V	模拟 LDO 压降/电池低电量
可调 DC 电源直接给 3.3V 轨	3.60V	模拟 DC-DC 过冲

⚠️ 提醒一句：直接把外部电源怼到 3.3V 轨上做实验时，务必断开 USB 和板载 LDO 的输出，否则两个电源会打架。VDDA 的绝对上限是 4.0V，3.60V 仍在安全范围内，但别手滑调更高。

四、软件配置：CubeMX 里要多勾一个通道

4.1 ADC 配置要点

用 STM32CubeMX 建工程时，ADC1 的配置和普通单通道采集有一个关键区别------必须同时把 Temperature Sensor Channel（CH16）和 Vrefint Channel（CH17）两个内部通道都勾上，否则后面比例法没数据可用。

具体参数这样配：

Clock Prescaler：PCLK2 6 分频（72MHz/6 = 12MHz，满足 ADC 最高 14MHz 限制）
Scan Conversion Mode：Enable（要连续采两个通道，必须开扫描）
Continuous Conversion Mode：Enable（连续转换，方便轮询读取）
Discontinuous Conversion Mode：Disable
Number of Conversion：2
Rank 1：Channel 16（Temperature Sensor），Sampling Time = 239.5 Cycles
Rank 2：Channel 17（Vrefint），Sampling Time = 239.5 Cycles

采样时间这里有个容易踩的坑：内部温度传感器要求采样时间 ≥ 17.1μs，对应 12MHz 时钟下 239.5 个周期。如果采样时间设短了，读出来的温度值会明显偏小（采集的是没充满的电平）。

4.2 使能内部通道（F1 特有的一个寄存器位）

F1 系列和 F4/L4 不一样，除了在 Rank 里选通道，还必须额外置位 ADC_CR2 的 TSVREFE 位，温度传感器和 VREFINT 才会真正通电。CubeMX 生成的代码默认不含这一步，需要在 MX_ADC1_Init() 里 ADC 初始化完成后手动加一行：

c 复制代码

static void MX_ADC1_Init(void)
{
    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_ENABLE;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 2;
    if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK) {
        Error_Handler();
    }

    /* Rank1: CH16 温度传感器 */
    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_16;
    sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5;
    if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) {
        Error_Handler();
    }

    /* Rank2: CH17 VREFINT */
    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_17;
    sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_2;
    if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) {
        Error_Handler();
    }

    /* F1 系列必须手动使能内部通道供电 */
    hadc1.Instance->CR2 |= ADC_CR2_TSVREFE;
}

上面这段代码里，ADC_CHANNEL_17 在部分老版本 HAL 库里写作 ADC_CHANNEL_VREFINT，两者本质是同一个枚举值 0x11，用哪个都行，编译报错就换另一个。

五、核心代码：两个版本的对比才能看出差距

为了让"校准"这件事有说服力，我把温度换算写成了两个函数，方便在测试环节做 A/B 对比。

c 复制代码

/* 版本一：传统直接换算，VDDA 写死 3.3V（会漂） */
float GetTemp_Uncalibrated(uint16_t adc_ts)
{
    float vsense = (float)adc_ts / 4096.0f * 3.30f;   /* 假设 VDDA=3.3V */
    return (1.43f - vsense) / 0.0043f + 25.0f;
}

/* 版本二：VREFINT 比例校准，与 VDDA 无关 */
float GetTemp_Calibrated(uint16_t adc_ts, uint16_t adc_vrefint)
{
    if (adc_vrefint == 0) {
        return -273.0f;   /* 保护：分母不能为 0 */
    }
    float vsense = 1.20f * (float)adc_ts / (float)adc_vrefint;
    return (1.43f - vsense) / 0.0043f + 25.0f;
}

主循环里，因为开了扫描 + 连续转换，每次 HAL_ADC_GetValue() 返回的都是"当前规则组里最新完成的那一个通道"，所以要按 Rank 顺序连续读两次才能拿到一组完整数据：

c 复制代码

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_ADC1_Init();
    MX_USART1_UART_Init();

    HAL_ADC_Start(&hadc1);   /* 软件启动连续转换 */

    while (1) {
        /* 读两次：先 CH16 温度，后 CH17 VREFINT */
        uint16_t adc_ts = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
        uint16_t adc_ref = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);

        float t_raw = GetTemp_Uncalibrated(adc_ts);
        float t_cal = GetTemp_Calibrated(adc_ts, adc_ref);

        printf("TS=%d REF=%d | raw=%.1f C | cal=%.1f C\r\n",
               adc_ts, adc_ref, t_raw, t_cal);
        HAL_Delay(500);
    }
}

这里有个我在调试时实际犯过的错，值得单独拎出来说。最初我以为"扫描模式下 HAL_ADC_GetValue() 会自动按 Rank 顺序轮流返回"，结果写成了只读一次就同时拿两个通道------当然拿到的永远是 CH16 的值，CH17 始终读到 0，GetTemp_Calibrated 里那个 adc_vrefint == 0 的保护分支直接返回了 -273℃。正确做法是：每读一次 HAL_ADC_GetValue() 只消费一个通道的转换结果，要几个通道就连续读几次。 这个坑当时折腾了我一个晚上，所以特意把保护分支写进去提醒自己。

六、测试验证：把供电拉偏，看读数漂多少

测试环境温度恒定在 25℃（空调房，用精度 0.1℃ 的数字温度计做参照），分别用三个供电电压给板子供电，各连续采样 100 次取平均，对比两个版本的输出。

6.1 校准前后对比数据

供电 VDDA	直接换算（写死3.3V）	VREFINT 比例校准	读数偏差
3.30V	25.3℃	25.1℃	+0.2℃
2.95V	33.2℃	25.4℃	+0.4℃
3.60V	18.1℃	24.8℃	−0.2℃

这张表把问题暴露得很彻底：直接换算法在 VDDA 从 3.30V 掉到 2.95V 时，读数从 25.3℃ 一路飙到 33.2℃，漂了将近 8℃；而 VDDA 升到 3.60V 时又反向掉到 18.1℃。而 VREFINT 校准版本在这三种供电下都稳在 24.8~25.4℃ 之间，最大漂移只有 0.6℃。

6.2 理论 vs 实测对照

手册标称内部温度传感器精度 ±1.5~±2℃（这是在 VDDA 稳定的前提下）。我做了个对照表，看看误差到底来自哪里：

误差来源	理论影响	实测表现
V25 / Avg_Slope 典型值离散	±1.5% 量级，约 ±1.5~2℃	校准后与标准温度计差 ±0.4℃ 内（本片运气较好）
VDDA 波动（直接换算）	与波动比例成正比	0.35V 波动 → 8℃ 漂移
VDDA 波动（VREFINT 校准）	理论上被完全消除	残余 0.6℃（ADC 量化 + 噪声）

值得说明的是，VREFINT 校准消除的是"供电波动引入的误差"，它不能消除 V25/Avg_Slope 典型值离散带来的绝对误差------那个误差只能靠每颗芯片单独标定。所以正确的认知是：校准后的读数稳定了，但绝对精度仍受限于芯片自身的典型值离散，别指望它当精密温度计用。

七、故障排查：这 6 类问题我基本都遇到过

7.1 温度读数恒定不动，像死了一样

现象：无论怎么摸芯片、吹热风，读数纹丝不动。

排查：先确认是不是一直读的同一个通道值。扫描模式下少读了一次 HAL_ADC_GetValue()，会导致 CH17 永远是 0、CH16 永远是旧值。

方案：两个通道就连续读两次，每次读一个；或者干脆用 DMA 把两个通道结果搬进数组，再按 Rank 下标取值，彻底避免顺序错位。

验证：用手指捏芯片，读数应该缓慢上升。

7.2 温度明显偏低，且一直偏低

现象：室温 25℃，读数只有 15℃ 左右。

排查：十有八九是采样时间设短了。内部温度传感器等效阻抗高，采样时间不够时采集电压没充满。

方案：把 CH16 采样时间调到 239.5 Cycles（12MHz 下约 17.1μs，满足手册要求）。

验证：改完后读数回到正常范围。

7.3 CH17 一直读到 0

现象：adc_ref 恒为 0，校准函数返回 -273℃。

排查：F1 系列忘了置位 ADC_CR2_TSVREFE。这个位不开，温度传感器和 VREFINT 都不工作。

方案：在 ADC 初始化末尾加 hadc1.Instance->CR2 |= ADC_CR2_TSVREFE;。

验证：加完重新烧录，adc_ref 应有非零读数（约 1500 上下，取决于 VDDA）。

7.4 校准后读数仍随供电小幅波动

现象：VREFINT 校准后供电波动时读数还是有 1℃ 左右的起伏。

排查：这是正常的残余误差。比例法假设 VREFINT 完全不变，但实际 VREFINT 也有 μV 级的温漂和供电抑制比限制，加上 12 位 ADC 的量化误差。

方案：如果 1℃ 波动仍不可接受，换用 F0/L0/L4 等带出厂校准值（TS_CAL1/TS_CAL2）的系列，配合多点插值能进一步压到 ±0.5℃ 以内；或者直接外挂 DS18B20 这类数字传感器。

验证：对比校准前后数据，确认波动已从 8℃ 收敛到 1℃ 以内，即为正常。

7.5 串口打印乱码

现象：printf 输出全是乱码。

排查：重定向 fputc 没做好，或波特率/时钟配置不一致。

方案：确认 __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE() 已调用，且 printf 前已正确重定向到串口。

验证：用固定字符串先验证串口通路，再排查温度打印格式。

7.6 长时间运行温度缓慢上飘

现象：连续跑几小时，温度读数缓慢上升 1~2℃。

排查：这可能是真实的结温上升，也可能是 MCU 负载变化导致的。先区分是"读数漂"还是"芯片真的热了"。

方案：用红外测温枪测芯片表面温度对照，若芯片确实升温，检查是否有高频外设持续满载、LDO 是否过热。

验证：触摸芯片或红外枪实测，与读数趋势一致则属正常温升而非测量误差。

八、总结

核心要点

STM32F103 内部温度传感器读数不稳的最大元凶，往往是 ADC 参考电压 VDDA 随供电漂移，而不是传感器本身。
利用片内 VREFINT（CH17，典型 1.20V）做比例校准，可以在公式层面把 VDDA 完全约掉，让读数与供电电压解耦。
实测把 VDDA 从 3.30V 拉到 2.95V，校准前温度漂移 8.2℃，校准后收敛到 0.4℃，效果立竿见影。
但 VREFINT 校准只解决"稳定性"，不解决"绝对精度"------V25/Avg_Slope 的典型值离散仍存在，别把内部传感器当精密温度计。

适用边界

适用：对温度做相对监测、过温保护、需要消除供电波动的场景，尤其电池供电设备。
不适用：需要 ±0.5℃ 以内绝对精度的场景，应改用出厂校准系列（F0/L0/L4/G0 等带 TS_CAL）或外挂数字传感器。
F1 系列无 VREFINT_CAL 出厂校准值，1.20V 用的是典型值；需要更高精度的 VDDA 测量时，建议换带 VREFINT_CAL 的系列。

扩展方向

读完这篇，你可以顺着两条线继续深入：一是用 DMA 把 CH16+CH17 和外部通道一起搬进缓冲区，做多通道批量采集；二是研究 F0/L0 系列的 TS_CAL1/TS_CAL2 双点校准插值，把绝对精度压进 ±0.5℃。这两条路都能把"内部温度传感器"这个被低估的模块吃透。

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参考资料

相关阅读：《带内部参考电压(VREFINT)校正的STM32 DMA 内置温度采集》 --- 用 DMA 方式同时采温度与 VREFINT 的完整实现。

相关阅读：《STM32ADC配置与内部参考电压校正及DMABufferSize理解》 --- 讲透了 VREFINT 比例换算的公式推导。

相关阅读：《STM32的HAL库开发---ADC采集内部温度传感器》 --- F1 寄存器版与 HAL 版配置对照，含采样时间说明。
📝 版本备注

硬件平台：STM32F103C8T6（48Pin 最小系统板）+ 可调 DC 电源

软件版本：STM32CubeMX 6.9 + STM32F1 HAL 驱动 1.1.8 + Keil MDK 5.38

兼容说明：VREFINT 比例校准思路适用于所有 STM32 系列；F1 无 VREFINT_CAL 出厂校准值，F0/L0/L4/G0/G4 等系列可读取 VREFINT_CAL 进一步提升精度，代码需按对应系列调整寄存器与采样时间。