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铂电阻测温固件 — 代码阅读文档 ​

代码开源链接 ​

三线制铂电阻测温电路项目--代码在附件资料中

本文档面向想读懂代码的开发者：按执行顺序逐函数讲解，标注关键常量、算法推导与阅读陷阱。 文件名以加粗表示（如 main.c），不带跳转链接。 配套文档：readme.md（硬件/网表）、code_readme.md（架构总览 + 构建/烧录流程）。

0. 阅读前必读：代码与旧文档的差异 ​

code_readme.md 描述的是“LVGL 图形 + 触摸切换通道 + QSPI 字库”的架构，但当前 main.c 并未走该路径。实际运行的是一套无 LVGL、无触摸、无 QSPI 字库的精简固件：

模块旧文档说法代码实际状态
UI 渲染LVGL v8.3 + flush_cb未启用。直接用 lcd_draw.c 的 8×16 点阵字体绘制
触摸切通道FT6336 触摸事件 → 通道循环未启用。main.c 不调用 ft6336_get_touch()
QSPI 字库W25Q64 内存映射挂载字库未启用。main.c 不调用 w25q64_mmap()
串口日志HAL_UART_Transmit_IT实际用 HAL_UART_Transmit_DMA（见 debug_log.c 第 75 行）

结论：lvgl_port.c/.h、ft6336.c/.h、w25q64.c/.h 这三个模块已实现但处于“休眠”状态，阅读时先跳过，第 7 节再单独说明。真正要读懂的是 main.c + pt100.c + ads1115.c + ch448.c + st7789.c + lcd_draw.c + app_ui.c + debug_log.c 这条主线。

1. 源码总览（一句话职责） ​

Core/（CubeMX 生成 + 用户代码） ​

  • Core/Src/main.c — 唯一入口。初始化外设、执行开机多点标定、500ms 周期测温主循环。
  • Core/Src/stm32g4xx_it.c — 中断向量。当前未挂任何用户回调（无 SysTick→LVGL tick）。
  • Core/Src/stm32g4xx_hal_msp.c — 各外设的低层初始化（GPIO/时钟/DMA，由 HAL 调用）。
  • Core/Src/gpio.c / i2c.c / spi.c / quadspi.c / usart.c / dma.c — CubeMX 生成的外设初始化。
  • Core/Inc/main.h — 引脚别名宏（SEL0_Pin、LCD_CS_LOW() 等），BSP 大量依赖。
  • Core/Inc/lv_conf.h — LVGL 配置（当前未实际参与运行）。

BSP/（板级驱动） ​

  • BSP/ads1115.c / .h — 软件 I²C 驱动 16bit ADC（PA4=SCL, PA5=SDA）。
  • BSP/ch448.c / .h — CH448F 双 8:1 模拟开关，切换外部 PT100 与 7 个校准电阻。
  • BSP/pt100.c / .h — 测量核心：电压→电阻、电阻→温度、滑动均值滤波、多点标定拟合。
  • BSP/st7789.c / .h — SPI LCD 底层（240×320，ST7789V2），SPI1 8bit Mode3。
  • BSP/lcd_draw.c / .h — 基于 font8x16.h 的文本/矩形绘制（当前实际 UI 后端）。
  • BSP/font8x16.h — 8×16 ASCII 字模点阵表。
  • BSP/debug_log.c / .h — 非阻塞串口日志（环形缓冲 + DMA 发送，可宏屏蔽）。
  • BSP/ft6336.c / .h — FT6336 触摸（HAL I²C）。休眠。
  • BSP/w25q64.c / .h — W25Q64 QSPI 内存映射。休眠。

App/（应用层） ​

  • App/app_ui.c / .h — 当前实际 UI：标定进度条、电阻/温度显示、通道标签。
  • App/lvgl_port.c / .h — LVGL 移植层。休眠。

2. 系统时钟与上电 ​

时钟配置在 main.c 第 273–312 行 SystemClock_Config()：

HSE 8MHz → PLLM=/2 (4MHz) → PLLN=×85 (340MHz) → PLLR=/2 → SYSCLK = 170MHz
AHB/APB1/APB2 均不分频 → HCLK=PCLK1=PCLK2=170MHz
Flash latency = 4 wait state

理解这一点很重要：软件 I²C 的 i2c_delay()（ads1115.c 第 31 行）按 170MHz 粗略延时约 1µs，SPI 波特率（st7789.c 第 24 行 SPI_BAUDRATEPRESCALER_16 = 170/16 ≈ 10.6MHz）、QSPI 预分频（w25q64.c 第 22 行 = 15，→ 10.6MHz）也都基于 170MHz 计算。

3. 主程序执行流（main.c 全流程） ​

main()（第 106 行）顺序如下：

3.1 初始化阶段（第 116–154 行） ​

HAL_Init()                              // 关中断、配 SysTick
SystemClock_Config()                    // → 170MHz
MX_GPIO_Init() / MX_DMA_Init()          // CubeMX 外设
MX_I2C1_Init()                          // I2C1（供 FT6336 用，当前闲置）
MX_QUADSPI1_Init()                      // QSPI（供 W25Q64 用，当前闲置）
MX_SPI1_Init()                          // SPI1（LCD；st7789_init 内还会重配）
MX_USART1_UART_Init()                   // USART1（日志）

log_init(&huart1)                       // 日志绑定到 USART1
st7789_init()                           // LCD 初始化（内部重配 SPI1）
ads1115_init()                          // 软件 I²C 引脚（PA4/PA5 开漏）
ch448_init()                            // 模拟开关默认关、选 CH0
ch448_enable_x(); ch448_enable_y()      // 使能两路开关（XEN#/YEN# 拉低）
app_ui_init()                           // 画初始界面

注意 SPI1 被初始化两次：CubeMX 的 MX_SPI1_Init() 之后，st7789.c spi1_reinit_8bit() 又 DeInit+Reset+重配一次，把数据宽度锁成 8bit、Mode3、并把 PB3/PB5 的 GPIO 速度提到 VERY_HIGH。读 SPI 相关代码时以 st7789.c 的版本为准。

3.2 开机多点标定（第 156–180 行） ​

这是整段代码的精髓。上电时不是直接测温，而是先用板上 7 个精密校准电阻建立“电压↔电阻的映射：

cal_init(&g_cal)                        // 清零、给 slope/intercept 一个种子
循环 CAL_ROUNDS(=3) 轮 × 通道 CH1..CH7：
    app_ui_cal_progress(step, total, ch, R_nom)   // 屏幕进度条
    v = cal_read_channel(ch)            // 切到该通道并采样 AIN0 平均电压
    cal_update(&g_cal, ch, v)           // 累入最小二乘拟合
    日志打印本轮结果

cal_read_channel(ch)（第 79 行）做了三件事，这是理解后续测量质量的关键：

  1. ch448_select(ch) 切换模拟开关，HAL_Delay(300) 等待模拟通路稳定（CAL_SETTLE_MS）；
  2. 丢弃前 4 次读数（CAL_DISCARD）——刚切换时 ADS1115/INA333 输出尚未稳定；
  3. 连续读 ADC_FILTER_N(=8) 次 AIN0，转电压后取平均返回。

3.3 进入测温模式（第 182–198 行） ​

app_ui_init()                           // 重画界面（清掉标定进度条）
app_ui_set_channel(CH448_EXT_PT100)     // 屏幕显示 "CH0: PT100"
ch448_select(CH448_EXT_PT100)           // 实际切到外部 PT100 通道
再丢弃 4 次读数（切到 PT100 同样需要稳定）

3.4 主循环（第 203–265 行） ​

非阻塞节拍：用 HAL_GetTick() 判断是否到 MEAS_INTERVAL_MS(=500ms)，到点才采样，其余时间只调 log_flush()。

每 500ms：
    读 AIN0/AIN1/AIN2/AIN3（4 次单端转换，PGA=±4.096V, 128SPS）
    v_ref = AIN1 → 实测 +1.25V 基准（关键：不是写死 1.25V）
    v_out = AIN0 → INA333 输出
    v_i1  = AIN2 → I1_VOL 诊断
    v_i2  = AIN3 → I2_VOL 诊断
    v_ain0_f = adc_filter_update(v_out)            // 8 点滑动均值
    r_raw    = pt100_calc_r(v_ain0_f, v_ref)       // 电路公式（备用/日志）

    if (g_cal.valid == 0x7F)：                       // 7 个点全标完
        r_cal   = cal_apply(&g_cal, v_ain0_f)      // 用电压反推电阻（权威）
        r_filtered = EMA(r_filtered, r_cal, α=0.15) // 指数平滑
        g_resistance = r_filtered
    else：
        g_resistance = r_raw                        // 无标定 → 裸公式

    g_temperature = pt100_r_to_t(g_resistance)
    app_ui_update(g_resistance, g_temperature)

陷阱 1（注释与代码不符）：第 245 行注释写 “Blend: use calibration as primary, formula for trend”，但代码里 r_raw（公式值）并没有被混合进 r_filtered，只用于日志的 (raw=...)。实际输出完全来自标定值 r_cal 的指数平滑。读这段时以代码为准。

陷阱 2：cal_apply() 的入参是电压 v_ain0_f，不是 r_raw。因为标定时拟合的是 “R → V”，反向求 R 必须喂电压。见第 4.4 节。

4. 测量主算法（pt100.c / ads1115.c） ​

4.1 数据通路总览 ​

ADS1115 AIN0(单端) ─raw(16bit)─→ ads1115_to_voltage ─→ v_out(V)
                                                          │
                          ┌───────────────────────────────┤
                          ▼ (8点滑动均值)                  ▼
                    adc_filter_update              pt100_calc_r(v_out, v_ref) → r_raw
                          │ v_ain0_f                        （电路公式，备用）
                          ▼
                    cal_apply(v_ain0_f) → r_cal （标定反推，权威）
                          │  指数平滑 α=0.15
                          ▼
                    g_resistance ──→ pt100_r_to_t ──→ g_temperature(°C)

4.2 ADC 采样（ads1115.c） ​

  • 总线：软件 I²C，引脚 PA4(SCL)/PA5(SDA)，开漏 + 上拉（见第 4–29 行）。地址 0x48（ADDR 接地）。
  • ads1115_read_single(mux, pga, dr)（第 99 行）：单次转换模式。
    • 组装配置寄存器（第 112–117 行）：bit15 OS=1（启动转换）、bit14-12 MUX、bit11-9 PGA、bit8 单次模式、bit7-5 数据率、bit1-0=11 关比较器。
    • 写配置 → HAL_Delay(10) 等转换（128SPS 最坏约 8ms，留余量）→ 指针指向转换寄存器 → 读 2 字节拼成 int16_t。
  • ads1115_to_voltage(raw, pga)（第 146 行）：按 PGA 查 LSB 表（第 148–155 行）。本项目固定用 ADS_PGA_4096（±4.096V，LSB=125µV）。

4.3 电压→电阻：电路公式（pt100_calc_r，pt100.c 第 37 行） ​

c
I = v_ref / CIRCUIT_R_LOAD;                                   // 恒流源电流
R = (v_out - v_ref) / (I * CIRCUIT_GAIN) - CIRCUIT_R_SERIES;  // 反推电阻

物理含义（详见 readme.md 模拟前端）：

  • INA333 输出以 v_ref（+1.25V）为中心上下摆动，故信号分量 V_sig = v_out - v_ref；
  • V_sig = I × G × (R_pt + R10)，其中 R10(100Ω) 是 V_IN+ 采样点上游的串联电阻，造成固定偏置，必须扣除；
  • 解出 R = V_sig/(I·G) − R10。

涉及的常量定义在 pt100.h 第 42–45 行，用的是“实焊值”：

宏值含义
CIRCUIT_VREF1.25REF3012 名义基准（仅文档/标定种子用，不参与实时计算）
CIRCUIT_R_LOAD2490.0Ω恒流源采样电阻 R6=R7（网表 1.35k，实焊 2.49k）
CIRCUIT_GAIN25.876INA333 增益 1+100k/4020（R9 实焊 4.02k）
CIRCUIT_R_SERIES100.0ΩR10 串联偏置

为什么要“实测 v_ref”而不是写死 1.25V？ 因为这样让转换变成比率式（ratiometric）：分子 (v_out−v_ref) 与分母 (v_ref/R_load) 都含 v_ref，ADS1115 自身的增益误差被约掉，无需单独标 ADC 增益。pt100.c 第 109–114 行注释明确说明了这一点（单点增益修正已被移除）。

4.4 多点标定（cal_init / cal_update / cal_apply） ​

标定上下文 cal_ctx_t（pt100.h 第 76–81 行）：

c
float   v_cal[CAL_NUM];   // 各通道实测电压
uint8_t valid;            // bit0..bit6 对应 CH1..CH7 是否已采
float   slope;            // 最小二乘斜率 (V/Ω)
float   intercept;        // 截距 (V)
  • cal_init（第 66 行）：清零，给 slope=0.002（约 1.93mV/Ω，对应 5mV/℃ 灵敏度）、intercept=CIRCUIT_VREF 作种子。
  • cal_update(ctx, ch, v)（第 73 行）：
    • 存入 v_cal[ch-1]，置 valid 对应 bit；
    • 少于 2 个有效点直接返回（无法拟合）；
    • 否则用标准最小二乘公式（第 82–100 行）求 slope/intercept，拟合的是 R(自变量) → V(因变量)。
  • cal_apply(ctx, v_out)（第 103 行）：(v_out − intercept) / slope —— 把拟合关系反过来用：已知电压求电阻。

这就是为什么第 3.4 节强调：主循环里喂给 cal_apply 的是电压 v_ain0_f，不是公式算出的 r_raw。标定通道的 R→T 换算与激励电流无关（纯电阻），所以网表/实焊差异不影响标定点本身的温度，详见 readme.md 校准电阻通道表。

4.5 电阻→温度：IEC 60751（pt100_r_to_t，第 17 行） ​

Callendar–Van Dusen 方程，常量在 pt100.h 第 33–35 行： R0=100Ω, A=3.9083e-3, B=-5.775e-7。

  • T ≥ 0°C（正温区，方程是关于 T 的二次）：直接用求根公式（第 19–21 行），判别式小于 0 则夹到 0。
  • T < 0°C（负温区，方程含 T² 且 B<0，求根公式不再适用）：改用牛顿迭代（第 25–32 行），最多 20 次，|Δt|<0.0001 即收敛。

工程含义：本表的 7 个标定点温度区间是 −49.28°C ~ +61.98°C（见 ch448.h 枚举注释），跨越正负温区，所以必须保留牛顿迭代分支。

4.6 滤波 ​

两处独立滤波，别混淆：

滤波器位置类型作用
adc_filter_updatept100.c 第 53 行8 点滑动均值（对 AIN0 电压）抑制 ADC 单次噪声
EMA r_filteredmain.c 第 249 行指数滑动 α=0.15（对标定电阻值）让屏幕数字平滑、不跳变

adc_filter_update 用一个静态环形缓冲 s_filter_buf[8]，启动初期 s_filter_cnt 从 0 增长，分母是已填入个数，避免冷启动均值偏低。

5. 板级驱动逐模块 ​

5.1 CH448 模拟开关（ch448.c） ​

  • 通道枚举见 ch448.h 第 6–15 行：CH448_EXT_PT100=0（外部 PT100）、1..7 对应 R16/R17/R26/R22/R18/R19/R23。
  • ch448_select(ch)（第 23 行）：把 ch 的 bit0/bit1/bit2 分别写到 SEL0/SEL1/SEL2 三个 GPIO，延时 1ms 稳定。
  • 使能脚 XEN#/YEN# 低有效：ch448_enable_x/y() 拉低，ch448_disable() 拉高。
  • CH448_CAL_R[8]（第 5 行）与 pt100.c 的 CAL_R_TABLE[7] 内容一致（前者含 CH0=0 占位），是两份并行维护的表，改值要同步。

5.2 ST7789 LCD（st7789.c） ​

  • st7789_init()（第 73 行）：先 spi1_reinit_8bit() 重配 SPI（见第 2 节），再做 RST → 3 次 SLPOUT(0x11) → 一长串寄存器初始化（MADCTL/COLMOD/PORCTRL/GCTRL/VCOMS/Gamma…）→ 反显开(0x21)/显示开(0x29) → 填白 → 开背光。
    • 背光是低有效：LCD_BLK_ON() = PB12 拉低（st7789.h 第 14 行）。
  • st7789_set_window()（第 146 行）：依次发 0x2A(列地址)/0x2B(行地址)/0x2C(写 RAM)。
  • st7789_flush()（第 158 行）：设窗口后按 65534 字节分块 HAL_SPI_Transmit（uint16 长度上限）。
  • st7789_fill_color()（第 177 行）：预填 64 字节(32 像素)色块，循环喷刷整块区域，比逐像素快得多。
  • 引脚别名宏全在 st7789.h 第 8–15 行（CS=PA1, DC=PB13, RST=PB2, BLK=PB12），实际对应 main.h 的定义。

5.3 文本绘制（lcd_draw.c + font8x16.h） ​

当前 UI 的真正后端，与 LVGL 无关：

  • lcd_clear / lcd_fill_rect：封装 st7789_set_window + st7789_fill_color，fill_rect 会做越界裁剪。
  • lcd_draw_char（第 20 行）：取 font_8x16[ch-0x20] 的 16 字节字模，每 bit 展开成 fg/bg 像素，整字符一次性 st7789_flush。非可见 ASCII(0x20–0x7E) 当空格。
  • lcd_draw_string：横向逐字符画，超屏宽即停。
  • lcd_draw_string_large（第 45 行）：把 8×16 字模 2× 最近邻放大成 16×32，buf[16*32] 用 static 避免栈溢出。

5.4 非阻塞日志（debug_log.c） ​

设计目标：绝不让串口卡住主循环。

  • 环形缓冲 s_buf[1024]，s_head/s_tail/s_tx_busy 均 volatile。
  • log_out(fmt,...)（第 32 行）：vsnprintf 进 128 字节临时栈缓冲；若环形缓冲剩余空间不足则整条丢弃（不阻塞、不截断）。
  • log_flush()（第 54 行）：主循环每轮调用。若上一帧 DMA 还在发，先查 HAL_UART_GetState，发完才清 s_tx_busy；然后从环形缓冲拷最多 256 字节到静态 tx_chunk，HAL_UART_Transmit_DMA 发出。
  • 宏开关 DEBUG_LOG_ENABLE（debug_log.h 第 8 行）：设 0 时 log_init/log_flush/log_printf 全部宏展开为 ((void)0)，编译期零代码零 RAM。

6. 应用 / UI 层（app_ui.c） ​

纯过程式绘制，无控件树、无事件循环（因为没有 LVGL）。

  • 布局常量（第 8–18 行）：标题/分隔线/标定区/电阻/温度/通道信息各行的 Y 坐标。
  • 配色（第 21–30 行）：RGB565，标题青、电阻黄、温度按区间变色（<0°C 青、>50°C 红、其余绿）。
  • app_ui_init()（第 62 行）：清屏、画标题、分隔线、占位文本（---.- Ohm、---.- C）。
  • app_ui_cal_progress(step,total,ch,r_nom)（第 82 行）：画进度条 + CH%d %5.1fOhm %3d%% 文本，被 main.c 标定循环调用。
  • app_ui_update(R,T)（第 114 行）：刷新电阻值（大字号）与温度值（大字号 + 区间配色）。注释写“only redraw if changed”但实际每次都重画（无变化检测），靠直接覆写避免闪烁。
  • app_ui_set_channel(ch)（第 107 行）：在底部 INFO 行画通道名（ch_names[]，第 96 行），CH0 用青色、校准通道用橙色。

7. 已实现但未接入主流程的模块（休眠代码） ​

这三个模块功能完整、可独立调用，但 main.c 没引用，属于“预留/历史路径”。改动主流程前请知悉它们存在：

7.1 lvgl_port.c / .h ​

  • lvgl_port_init()：lv_init() + 注册显示驱动，flush_cb 把 LVGL 像素区交给 st7789_flush。单缓冲 buf1[240*32]（1/10 屏，15KB）。
  • lvgl_port_tick()：lv_tick_inc(1)，需要从 stm32g4xx_it.c 的 SysTick_Handler 每 1ms 调用——当前未挂。
  • 若要启用 LVGL：在 main.c 替换 app_ui_* 调用、加 lv_timer_handler() 进主循环、并在中断里挂 tick。

7.2 ft6336.c / .h ​

  • HAL I²C，地址 0x38。ft6336_get_touch() 读寄存器 0x02 起 5 字节，解析触点数与坐标。
  • 旧文档说“触摸切通道”，但当前 main.c 无任何调用，通道完全由标定流程和固定的 CH0 决定。

7.3 w25q64.c / .h ​

  • w25q64_mmap()：重配 QSPI（FlashSize=22→8MB、预分频 15→10.6MHz）、使能 QE 位（写 SR2）、进入内存映射（Quad Output Fast Read 0x6B，1-1-4，8 dummy）。
  • 映射基址 0x90000000（w25q64.h 第 8 行）。链接脚本 STM32G474XX_FLASH.ld 里有 .qspi_font 段指向该地址，供 LVGL 字库用。
  • 当前 main.c 既不 w25q64_mmap() 也不读 0x90000000，故 QSPI 仅完成 CubeMX 的 MX_QUADSPI1_Init() 后闲置。

8. 关键常量与数据结构速查 ​

名称定义位置值/类型说明
MEAS_INTERVAL_MSmain.c 第 45 行500测温周期
CAL_ROUNDSmain.c 第 46 行3标定轮数
CAL_SETTLE_MSmain.c 第 47 行300切通道后稳定时间
CAL_DISCARDmain.c 第 48 行4切换后丢弃读数
ADC_FILTER_Npt100.h 第 54 行8滑动均值深度
CAL_NUMpt100.h 第 48 行7校准通道数 (CH1..7)
CAL_R_TABLEpt100.c 第 6 行7×float校准电阻名义值
PT100_R0/A/Bpt100.h 第 33–35 行100/3.9083e-3/-5.775e-7IEC 60751 系数
CIRCUIT_R_LOAD/GAIN/R_SERIESpt100.h 第 43–45 行2490/25.876/100电路实焊参数
cal_ctx_tpt100.h 第 76 行struct标定拟合上下文
LCD_W / LCD_Hst7789.h 第 4–5 行240 / 320屏幕分辨率
ADS1115_ADDRads1115.h 第 6 行0x48ADC I²C 地址
LOG_BUF_SIZEdebug_log.c 第 9 行1024日志环形缓冲
DEBUG_LOG_ENABLEdebug_log.h 第 8 行1日志总开关

9. 阅读路线建议 ​

第一次通读，按依赖关系自底向上最快建立心智模型：

  1. ch448.c → 理解“7 个校准电阻 + 1 个外部 PT100”是怎么切换的；
  2. ads1115.c → 理解 AIN0/1/2/3 四路单端采样怎么来；
  3. pt100.c → 这是核心，按 4.3→4.4→4.5 顺序读三遍（电压→电阻→温度 + 标定）；
  4. main.c → 把 1–3 串起来，看标定循环和主循环；
  5. st7789.c → lcd_draw.c → app_ui.c → UI 显示链；
  6. debug_log.c → 日志机制（调试时用得上）；
  7. 最后再看第 7 节三个休眠模块，判断是否需要复活。

想验证理解？把 DEBUG_LOG_ENABLE 保持为 1，上电串口（USART1, 115200 8N1）会依次打印：SYS: ... 初始化、CAL R1..R3: CH1..7 ... 标定、CAL: done slope=... int=... pts=7、然后每 500ms 一组 V: OUT=... REF=... 与 PT100: R=... T=... (raw=...)。对照 main.c 的 log_printf 位置即可把日志与代码一一对应。