在嵌入式系统设计中，温度监测是保障设备稳定运行、延长硬件寿命的关键功能。HC32F460 系列微控制器内置的温度传感器（OTS）模块，凭借无需外部硬件、集成度高、功耗低等优势，广泛应用于电机控制、工业监测、消费电子等场景。本文将从 OTS 模块的工作原理、硬件特性、驱动开发到实际应用，全面解析其技术细节与工程实践方法。
一、OTS 模块核心特性与工作原理
1.1 核心特性（基于 HC32F460 参考手册）
HC32F460 的 OTS 模块是一款基于半导体热敏效应的内置温度传感器，主要特性如下：
测量范围：典型覆盖 -40℃ ~ 125℃，满足工业级宽温需求；
时钟灵活性：支持 HRC（内部高速时钟）或 XTAL（外部晶振）作为工作时钟，适配不同系统时钟方案；
低功耗设计：支持采样完成后自动关闭（Auto-Off），降低待机功耗；
校准机制：通过斜率（K）和偏移（M）参数校准，可实现 ±1℃ 级测量精度；
硬件触发：支持通过 AOS（自动运行系统）模块实现外设联动触发采样，减少 CPU 干预。
1.2 工作原理
OTS 模块的核心是利用半导体器件的 温度 - 频率特性 实现温度测量，其原理框图如下（参考手册图 17-1）：
时钟源选择：从 HRC 或 XTAL 中选择稳定时钟，为采样提供基准；
双路采样电路：通过 DR1（数据寄存器 1）和 DR2（数据寄存器 2）采集不同温度敏感元件的信号，抵消环境干扰；
误差补偿：ECR（误差补偿寄存器）存储出厂校准的误差系数，修正采样偏差；
温度计算：通过公式 T = K × [(1/DR1) - (1/DR2)] × ECR + M 计算实际温度，其中 K（斜率）和 M（偏移）需通过校准实验获取。
二、OTS 硬件配置与寄存器解析
2.1 外设时钟与地址映射
根据 HC32F460 参考手册 “存储器映射” 章节：
OTS 模块挂载于 APB4 总线，基地址为 0x4004_A400；
需通过 PWC_FCG3 寄存器（功能时钟控制 3）的 OTS 位使能时钟：PWC_FCG3 |= PWC_FCG3_OTSEN（位 12 置 1）。
2.2 关键寄存器说明
OTS 模块的配置与控制依赖 4 个核心寄存器，需结合参考手册 17.3 节理解其功能：
关键位配置示例：
选择 HRC 时钟：OTS_CTL |= OTS_CTL_OTSCK；
使能自动关闭：OTS_CTL |= OTS_CTL_TSSTP（采样完成后自动停止 OTS）；
启动采样：OTS_CTL |= OTS_CTL_OTSST。
三、OTS 驱动开发实战（基于 LL 库）
HC32F460 提供 LL（底层库）驱动，开发者可基于 hc32_ll_ots.h/hc32_ll_ots.c 封装实用接口。以下为完整驱动实现，包含初始化、校准、温度读取功能。
3.1 驱动头文件（iots.h）
#ifndef __IOTS_H__
#define __IOTS_H__
#include "hc32_ll.h"
#include "hc32f460.h"
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/**
* @brief OTS 初始化函数
* @param None
* @retval int32_t: 初始化结果
* - LL_OK: 初始化成功
* - LL_ERR_INVD_PARAM: 参数错误（内部断言触发，正常不会返回）
*/
int32_t BSP_OTS_Init(void);
/**
* @brief OTS 轮询读取温度（阻塞式）
* @param [out] pf32Temp: 温度存储地址（单位：℃）
* @param [in] u32Timeout: 超时时间（单位：循环次数，建议≥1000）
* @retval int32_t: 读取结果
* - LL_OK: 读取成功
* - LL_ERR_TIMEOUT: 超时失败
* - LL_ERR_INVD_PARAM: 输入指针为空
*/
int32_t BSP_OTS_ReadTempPolling(float32_t *pf32Temp, uint32_t u32Timeout);
/**
* @brief OTS 校准实验（获取K/M参数，需在已知温度环境下执行）
* @param [in] u8TempCond: 校准温度条件（参考 OTS_Param_Temp_Cond）
* - OTS_PARAM_TEMP_COND_TN40: -40℃
* - OTS_PARAM_TEMP_COND_T25: 25℃（常温推荐）
* - OTS_PARAM_TEMP_COND_T125: 125℃
* @param [out] pf32SlopeK: 校准后的斜率K（输出参数，用于初始化）
* @param [out] pf32OffsetM: 校准后的偏移M（输出参数，用于初始化）
* @param [in] u32Timeout: 超时时间（单位：循环次数，建议≥1000）
* @retval int32_t: 校准结果
* - LL_OK: 校准成功
* - LL_ERR_TIMEOUT: 超时失败
* - LL_ERR_INVD_PARAM: 输入指针为空或温度条件非法
*/
int32_t BSP_OTS_Calibrate(uint8_t u8TempCond, float32_t *pf32SlopeK, float32_t *pf32OffsetM, uint32_t u32Timeout);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* __IOTS_H__ */
3.2 驱动源文件（iots.c）
#include "iots.h"
/**
* @brief OTS 硬件依赖初始化（时钟使能）
* @NOTE HC32F460 的 OTS 挂载在 CM_OTS 外设，需先使能其时钟
* @param None
* @retval None
*/
static void BSP_OTS_HwInit(void)
{
/* 1. 使能 OTS 外设时钟（CM_OTS 时钟由 PCLK0 提供，需先确保 PCLK0 使能） */
FCG_Fcg3PeriphClockCmd(FCG3_PERIPH_OTS, ENABLE);
/* 2. （可选）若使用 XTAL 作为 OTS 时钟，需先初始化 XTAL 并确保其稳定 */
// 示例：若选择 OTS_CLK_XTAL，需先初始化 XTAL（根据实际硬件配置，如 8MHz）
// stc_clk_xtal_init_t stcXtalInit = {0};
// stcXtalInit.u8XtalState = CLK_XTAL_ON;
// stcXtalInit.u8XtalMode = CLK_XTAL_MODE_OSC;
// stcXtalInit.u8XtalDrv = CLK_XTAL_DRV_LOW;
// CLK_XtalInit(&stcXtalInit);
// while (CLK_GetXtalSta() != CLK_XTAL_STA_STB) { /* 等待 XTAL 稳定 */ }
}
/**
* @brief OTS 初始化（调用 LL 库接口，配置时钟、自动关闭、校准参数）
* @param None
* @retval int32_t: 初始化结果
*/
int32_t BSP_OTS_Init(void)
{
int32_t i32Ret = LL_ERR_INVD_PARAM;
stc_ots_init_t stcOTSInit = {0};
/* 1. 硬件初始化（时钟使能） */
BSP_OTS_HwInit();
/* 2. 初始化 OTS 配置结构体（默认参数，可根据需求修改） */
i32Ret = OTS_StructInit(&stcOTSInit);
if (i32Ret != LL_OK)
{
return i32Ret;
}
/* 3. 自定义 OTS 配置（根据实际需求调整） */
stcOTSInit.u16ClockSrc = OTS_CLK_HRC; // 选择 HRC 作为 OTS 时钟（推荐，无需额外初始化）
// stcOTSInit.u16ClockSrc = OTS_CLK_XTAL; // 若选择 XTAL，需先完成 XTAL 初始化（见 BSP_OTS_HwInit 注释）
stcOTSInit.u16AutoOffEn = OTS_AUTO_OFF_ENABLE; // 采样完成后自动关闭 OTS（降低功耗）
/* 4. 校准参数配置 */
// 使用校准后的 K/M 参数（精度高，需先执行 BSP_OTS_Calibrate 获得）
stcOTSInit.f32SlopeK = 3005.26F; // 斜率（根据芯片特性微调）
stcOTSInit.f32OffsetM = 27.93F; // 偏移（修正量）
/* 5. 调用 LL 库初始化 OTS */
i32Ret = OTS_Init(&stcOTSInit);
return i32Ret;
}
/**
* @brief 轮询读取温度（阻塞式，基于 LL_OTS_Polling 封装）
* @param [out] pf32Temp: 温度存储地址
* @param [in] u32Timeout: 超时时间 建议不小于10000
* @retval int32_t: 读取结果
*/
int32_t BSP_OTS_ReadTempPolling(float32_t *pf32Temp, uint32_t u32Timeout)
{
int32_t i32Ret = LL_ERR_INVD_PARAM;
/* 1. 参数合法性检查 */
if (pf32Temp == NULL)
{
return LL_ERR_INVD_PARAM;
}
/* 2. 调用 LL 库轮询读取温度 */
i32Ret = OTS_Polling(pf32Temp, u32Timeout);
if (i32Ret == LL_OK)
{
/* 可选：温度范围过滤（HC32F460 OTS 典型量程：-40℃ ~ 125℃） */
if (*pf32Temp < -50.0F || *pf32Temp > 135.0F)
{
i32Ret = LL_ERR_INVD_MD; // 超出合理范围，返回数据非法
}
}
return i32Ret;
}
/**
* @brief OTS 校准实验（获取 K/M 参数，需在已知温度环境下执行）
* @note 原理：在 2 个已知温度点（如 25℃ 和 125℃）执行校准，计算斜率 K 和偏移 M
* @param [in] u8TempCond: 校准温度条件
* @param [out] pf32SlopeK: 斜率 K
* @param [out] pf32OffsetM: 偏移 M
* @param [in] u32Timeout: 超时时间
* @retval int32_t: 校准结果
*/
int32_t BSP_OTS_Calibrate(uint8_t u8TempCond, float32_t *pf32SlopeK, float32_t *pf32OffsetM, uint32_t u32Timeout)
{
int32_t i32Ret = LL_ERR_INVD_PARAM;
static float32_t s_f32A1 = 0.0F, s_f32A2 = 0.0F; // 存储两个温度点的 A 参数
static uint8_t s_u8CalibCnt = 0; // 校准计数（0：未校准，1：第一个点，2：完成）
uint16_t u16Dr1 = 0, u16Dr2 = 0, u16Ecr = 0;
/* 1. 参数合法性检查 */
if ((pf32SlopeK == NULL) || (pf32OffsetM == NULL))
{
return LL_ERR_INVD_PARAM;
}
if ((u8TempCond != OTS_PARAM_TEMP_COND_TN40) &&
(u8TempCond != OTS_PARAM_TEMP_COND_T25) &&
(u8TempCond != OTS_PARAM_TEMP_COND_T125))
{
return LL_ERR_INVD_PARAM;
}
/* 2. 执行校准实验（获取当前温度点的 A 参数） */
i32Ret = OTS_ScalingExperiment(&u16Dr1, &u16Dr2, &u16Ecr, (s_u8CalibCnt == 0) ? &s_f32A1 : &s_f32A2, u32Timeout);
if (i32Ret != LL_OK)
{
return i32Ret;
}
/* 3. 累计校准计数，若完成 2 个点则计算 K/M */
s_u8CalibCnt++;
if (s_u8CalibCnt >= 2)
{
// 示例：假设两个校准点为 25℃（A1）和 125℃（A2），计算 K = (T2-T1)/(A2-A1)，M = T1 - K*A1
float32_t f32T1 = 25.0F, f32T2 = 125.0F; // 需与实际校准温度对应
if (s_f32A2 != s_f32A1)
{ // 避免除以零
*pf32SlopeK = (f32T2 - f32T1) / (s_f32A2 - s_f32A1);
*pf32OffsetM = f32T1 - (*pf32SlopeK) * s_f32A1;
}
else
{
i32Ret = LL_ERR_INVD_MD; // 校准数据异常
}
s_u8CalibCnt = 0; // 重置校准计数，支持下次校准
}
else
{
i32Ret = LL_OK; // 第一个点校准完成，等待第二个点
}
return i32Ret;
}
四、总结
HC32F460 的 OTS 模块为嵌入式系统提供了低成本、高集成度的温度监测方案。通过理解其半导体热敏原理、寄存器配置逻辑，结合 LL 库封装驱动，可快速实现温度采集功能。在实际应用中，需根据精度需求执行校准、优化采样策略，并关注低功耗设计，以充分发挥 OTS 模块的性能优势。如需进一步深入，可参考 HC32F460 参考手册第 17 章 “温度传感器（OTS）”，获取更详细的硬件时序与寄存器细节。
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