绝妙！不用外部电路检测芯片工作电压！

来源：公众号【鱼鹰谈单片机】

作者：鱼鹰Osprey

ID   ：emOsprey

本篇笔记主要包含以下内容（电池供电产品尤其实用）：

1、如何进行 ADC 校准，ADC 校准基本原理 

2、如何直接通过内部参考电压得到芯片的工作电压 

3、常见应用场合

在一些应用场合，往往需要得到芯片的工作电压，确保芯片工作正常，比如低压时进行必要保护、 ADC 采集时校准等。

一般情况下，我们使用分压电阻方式获得芯片工作时的电压，比如 STM32 可工作在 2.0~3.6 V（你没看错，2.0 V 也能工作，鱼鹰有段时间不小心用了 5 V 电压，芯片竟然也能工作，没烧坏，也是奇迹，但不建议这么干）。但是需要增加额外电路。

另外，如果你能得到芯片的工作电压（或 ADC 的基准电压），在 ADC 校准方面也是有奇效。因为如果你的参考电压变化了，那么你通过 ADC 计算得到值必然也是有问题的。

测量电压值 = （ADC 值  *  参考电压值 3.3）/ ADC 最大值 4096 

即上式的 参考电压 3.3v 变化了，那么你计算的测量电压就和实际的不符。因为在这个公式里面，你假设参考电压稳定不变为 3.3v ，但实际上如果因为某种原因，导致电压上升或下降了，那么计算的测量电压值就是有问题的。

所以，为了精确测量电压，就有了校准。

既然参考电压也在变化，那么我们就直接把参考电压也一起采集了，作为公式的参数输入，如此一来，就能保证测量电压的稳定性了。

但是参考电压又应该怎么测量呢？还是使用分压方式吗？我们本身就是为了让分压方式测量的电压更精确才使用校准的呀？这不是陷入了鸡生蛋、蛋生鸡的死循环？

如何跳出这一循环呢？关键在于是否存在一个电压，可不随外部电压变化而变化，起码不应该在芯片（2.0 ~ 3.6 V）正常工作时而变化，超出电压范围外就和我没关系了。

就此我们可以想到一种常用器件，LDO （低压差线性稳压器），比如 5 V 转 3.3 V，只要输入电压在芯片规定范围内，它总是能稳定输出 3.3 V。

在 STM32 中，内部都内置了一个比较稳定的内部参考电压，即 VREFINT，一般电压 1.2 V，但由于芯片差异，这也是不确定的，所以为了更加确定这个电压值，芯片出厂时会进行校准（又来一次校准），即把实际采集到的电压 ADC 值保存到一个地址里面。

怎么理解这次校准呢？这个参考电压内部连接到  ADC 外设中的一个通道，而 ADC 外设使用高精度稳压源稳定供电 3.0 V，而此时该参考电压也会输出一个电压，大概在 1.2V， 然后通过 ADC 采集这个电压的 ADC 值，并把这一次电压值保存在一个地址里面。

这里举一个具体例子（参考文章里面的）：

在这个芯片里面的参考电压输出就是 1.216 V，可以说相当精确了，但是另一个同款芯片就不一定就是这个电压了（但也基本在 1.2 V 左右，不会差太多），这就是所谓的差异，也是为什么要校准的原因。

那么得到这样一个稳定的参考电压有什么用，它的特点又是什么呢？

这个参考电压你可以理解为，只要芯片工作在 2.0 ~ 3.6 V，它总是能输出 1.216 V（当然是说上面那颗芯片，其它芯片就不一定是这个电压了）。

这样一来，我们让 VDDA（ADC 外设的基准电压）= VDD（芯片工作电压）。当工作电压下降时，VDDA 电压也在下降，也就是说 4095 在下降前代表 3.3 V，那下降后代表的电压值肯定更小了（还是代表 VDDA 的值，即总是代表的基准电压）。

（图片来源：茶话 MCU） 

但是不管 VDDA（VDD） 怎么变化，Vrefint 的电压值总是稳定在 1.216 V（但是这个 ADC 值是处于变化中的）。而这也是我们反推外部电压的基础。

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

VDDA : 4095 = VREFINT : Adc_vrefint

因为 VDDA 等于 VDD，所以也可以认为是芯片的工作电压。在这个公式中，Adc_vrefint 的 ADC 值我们可以通过 ADC 的特殊通道（VREFINT 通道）采集回来，而 VREFINT 我们在前面通过某个地址的 ADC 值已经计算出来了，就是 1.216 V，那么只有 VDDA 一个值不确定，计算它就是轻而易举的事情了。

于是，通过采集 VREFINT 通道的 ADC 值，即可得到我们需要的 VDDA 值，也就是我们的芯片工作电压！！！

这就是不用外部电路检测芯片电压的内幕（原理）！

本来应该一切顺利，这篇笔记也有一个完美的结局，但是很不幸的是，鱼鹰找遍了手册，网上也是到处找，始终没有找到 STM32F1xx 系列芯片校准值的保存地址，而据网上的说法是，这款芯片并没有校准值，这就很让人尴尬了（其它系列是否存在该校准值，可以看对应的数据手册，如果有道友知道 STM32F1xx的地址，可留言告知）。

但是如果你对电压精度要求不是很高的话，你可以直接认为参考电压就是 1.200 V，用它来大概计算芯片的工作电压也是问题不大的。而如果你要更高的精度，那么你也可以像前面说的那样，自己找出每一颗芯片的实际参考电压，人工校准。当然工作量就大了那么一些了（专门写一个校准程序，把校准值写入内部 FLASH 中）。

应用

那么这个功能一般用于什么场合呢？

实时检测芯片的工作电压，我们就知道芯片是否正常工作，从而排除芯片因为电源不稳导致的一些问题。同时，我们可以把这个电压值用于前面所说的 ADC 校准中，这样不管芯片工作电压怎么变化（前提是芯片工作电压和 ADC 基准电压是一同一个），你测量的电压值一定是准确的（即使电压源纹波比较大）。

这个功能对于电池供电的产品尤其实用，因为电池电压在使用过程中，肯定会发生变化，这也意味着可能你的 ADC 基准电压发生了变化（当然你也可以使用额外的稳压源，这样就会增加成本）。

当工作电压低到一定程度时，我们希望能做一些保护工作，或者保存一些参数，我们该如何做呢？三种方法：

1、通过上述方法，定时采集 参考电压 的 ADC 值，从而得到工作电压，当电压低于一定水平时，再采取一些措施。

2、使用 ADC 模拟看门狗功能，将这个通道的值加入到看门狗中，如此一来，只要电压下降到你想要的值，就可以触发看门狗，比方法一更及时，这也是参考文章介绍的一个应用，强烈建议各位道友看看这位大佬写的。

3、芯片内部有低电压保护功能，当电压低到一定水平时，可触发中断，但是只有几个固定电平可选，不像上述方法可设置任意电平。

而在已出货的产品中，可能当时我们并没有考虑那么多，并没有预留检测工作电压的电路，使用这个方法，就可以只更新软件即可获取工作电压，相当实用。

这个方法鱼鹰也曾用高精度稳压源测试过，发现计算出来的电压值精度相当高，而当鱼鹰改变电压大小时，计算出来的电压也在实时变化，可谓实用的一匹，再也不用怕硬件工程师说你采集的 ADC 值（软件）有问题了。

简单总结就是，采集 ADC 外设中的 VREFINT 通道值，通过上面公式简单计算，即可得到芯片当前的 ADC 参考电压，也可认为是芯片工作电压。代码和普通的 ADC 采集没多大区别，只是采集的通道由外部通道变为了内部通道，所以鱼鹰就不再提供具体参考例子了（可惜忘记截图了，否则更有说服力）。