STM32F103热电偶采集PID温控采集系统 基于stm32设计，可以实现热电偶采集，PID温度控制，注意51单片机源码基于keil开发环境，STM32源码基于IAR开发环境 提供原理图， PCB(AD格式)，源代码 ，不提供，

今天来唠唠我去年攒的一个实验室必备小破烂——STM32F103 MAX6675 SSR陶瓷加热片PID温控台。用起来手感还行，冷启动焊个QFN24的小芯片3分钟就稳到380±0.5℃，偶尔换个小电阻电容预热1分钟飘到2℃以内就停了，对业余玩家做手工或者偶尔搞小批量焊接完全够用。

硬件先抓最核心的几个模块

焊这种小破烂不用太纠结复杂的外围，但得注意几个关键点，别踩我踩过的坑：

1. 热电偶采集MAX6675选SPI快读慢切：新手别选那种裸K线接运放AD还要自己测冷端的，MAX6675内置了K型热电偶冷端补偿（虽然有±2℃左右的系统误差，但焊台嘛，差不多就行，校准两次能用），SPI协议极简单，唯一踩过的坑是一开始时钟线SCK拉太快（直接开STM32SPI的最高72MHz分频8也快？MAX6675好像只支持到10MHz），读出来全是FFFF或者0000，后来改成分频64（1.125MHz）瞬间世界安静。
2. 加热控制别硬撸可控硅：新手别碰220V串在PCB上的双向可控硅，炸保险丝事小，烧手事大！选个3.3V/5V兼容的24V DC转DC SSR固态继电器，我用的是欧姆龙同款国产量产货，20块钱不到，陶瓷加热片也选24V的（功率80W就行，预热快），STM32只需要输出个PWM信号占SSR的控制端，占空比调0-100%，占空比越高功率越大，飘温快的时候100%，接近目标温度的时候20%、10%慢慢调，安全得很。
3. STM32F103C8T6核心板就行：不用焊自己的最小系统，某宝5块钱的蓝色C8T6最小系统改改BOOT0/BOOT1跳线就能用，唯一注意点是MAX6675的SPI引脚别和JTAG/SWD冲突，我选的是PA4（片选CS）、PA5（SCK）、PA6（MISO），SPI3太靠边缘引起来麻烦，PA7可以留着以后加个OLED屏？但我嫌费眼，直接把温度通过USB虚拟串口发到电脑串口助手看就行（后面附一段IAR下虚拟串口的简化初始化，STM32CubeMX生成的太啰嗦，删了很多冗余）。

先插一段最爽的MAX6675 SPI采集简化代码

这段是我从STM32F1的HAL库SPIDemo里扒出来，然后自己改得只剩读K型温度的，好用到飞起，不用背HAL库那一堆回调函数：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include <math.h> // 虽然MAX6675读出来是整数，但校准的时候用用浮点数方便点

// 引脚定义（C8T6核心板默认PA4-PA6，记得在CubeMX里把这些引脚设为SPI1的复用推挽/上拉输入）
#define MAX6675_CS_PIN GPIO_PIN_4
#define MAX6675_CS_PORT GPIOA
#define SPI_HANDLE hspi1

// 读一次MAX6675，返回单位是℃的整数（MAX6675分辨率0.25℃，但焊台用整数够了）
int16_t MAX6675_Read_Temp(void)
{
    uint16_t raw_data = 0;
    uint8_t tx_buf[2] = {0x00, 0x00}; // SPI是全双工，但MAX6675只发不收，tx随便填
    uint8_t rx_buf[2] = {0x00, 0x00};

    // 片选拉低，开始读取
    HAL_GPIO_WritePin(MAX6675_CS_PORT, MAX6675_CS_PIN, GPIO_PIN_RESET);
    // 稍微延迟10us？有些MAX6675山寨货反应慢，正品不用，但加了总没错
    for(int i=0; i<100; i++); 
    // 全双工收发2个字节
    HAL_SPI_TransmitReceive(&SPI_HANDLE, tx_buf, rx_buf, 2, 100);
    // 片选拉高，结束读取
    HAL_GPIO_WritePin(MAX6675_CS_PORT, MAX6675_CS_PIN, GPIO_PIN_SET);

    // 拼接原始数据，rx_buf[0]是高8位，rx_buf[1]是低8位
    raw_data = (rx_buf[0] << 8) | rx_buf[1];

    // 检查热电偶是否开路！MAX6675的第2位（从0数）是开路检测位，1表示开路
    if(raw_data & 0x0004)
    {
        return -999; // 随便返回个不可能的温度表示开路
    }

    // 去掉开路位，然后右移3位，得到0.25℃单位的原始值
    raw_data = (raw_data >> 3) & 0x0FFF;
    // 转换成整数℃（精度0.25℃可以直接除以4，或者用 >>2 更快）
    return (int16_t)(raw_data >> 2);
}

这段代码里有个小细节，就是加了个for(int i=0; i<100; i++);的微秒级（大概，STM32F103C8T6 72MHz时钟下，一个空循环大概10多纳秒，100次就是1微秒左右？随便凑的，让山寨MAX6675稳定就行）延迟，一开始我没加，用山寨货偶尔读出来开路，加了之后再也没出过问题。

再插一段IAR下USB虚拟串口的简化初始化

USB虚拟串口（VCP）我一开始想用CH340，但最小系统已经自带了ST-Link/V2（虽然是山寨的），而且ST-Link/V2可以直接通过USB虚拟出串口，不用额外插线，爽！这段是我从STM32CubeF1的USB Device CDC ACM Demo里删了一半冗余代码（比如USB中断处理里的一些调试代码，还有多语言字符串描述符）后的简化版本，直接复制到IAR项目里就行：

// 省略头文件，CubeMX生成的CDC_Class.h、usbd_conf.h、usbd_desc.h、usbd_core.h这些记得加
#include "usbd_cdc_if.h"
#include "usb_device.h"
#include "usbd_def.h"

// USB设备句柄
USBD_HandleTypeDef hUsbDeviceFS;

// USB初始化简化函数，只需要在main()里的HAL_Init()和SystemClock_Config()之后调用一次
void USB_VCP_Init(void)
{
    // 初始化USB设备底层，比如GPIO、时钟（CubeMX生成的MX_USB_DEVICE_Init里的底层已经移到这里了，不用改）
    SystemClock_Config_USB(); // 这里的SystemClock_Config_USB是CubeMX生成的，记得把USB的时钟设为48MHz！！！
    // 初始化USB设备，选择CDC ACM类
    USBD_Init(&hUsbDeviceFS, &FS_Desc, DEVICE_FS);
    // 注册CDC ACM类的接口
    USBD_RegisterClass(&hUsbDeviceFS, &USBD_CDC);
    // 注册CDC ACM类的应用层接口（比如发送接收函数）
    USBD_CDC_RegisterInterface(&hUsbDeviceFS, &USBD_Interface_fops_FS);
    // 启动USB设备
    USBD_Start(&hUsbDeviceFS);
}

// 发送温度数据到电脑串口助手的简化函数，直接传整数℃就行
void USB_VCP_Send_Temp(int16_t temp)
{
    char tx_buf[32];
    int len;
    // 格式化字符串，比如"Current Temp: 380 C\r\n"
    len = sprintf(tx_buf, "Current Temp: %d C\r\n", temp);
    // 发送数据，注意USBD_CDC_SetTxBuffer和USBD_CDC_TransmitPacket这两个函数必须连续调用，而且不能重复发送太快（比如每100ms发一次）
    USBD_CDC_SetTxBuffer(&hUsbDeviceFS, (uint8_t*)tx_buf, len);
    USBD_CDC_TransmitPacket(&hUsbDeviceFS);
}

这里有个超级超级重要的坑，就是STM32F103的USB时钟必须设为48MHz！！！C8T6核心板默认是72MHz的系统时钟，所以USB时钟分频必须设为1.5倍（72 / 1.5 = 48），在CubeMX里的Clock Configuration里找USB Prescaler，选Divide by 1.5就行，如果选Divide by 1的话，USB设备会识别不出来，选Divide by 3的话识别出来但会报错。

最后插一段PID温控的核心代码

PID是整个系统的灵魂，别硬撸复杂的增量式或者位置式PID，用个最简单的位置式PID限幅版就行，新手一看就懂：

// PID参数定义，这个参数是我对着80W 24V DC陶瓷加热片调出来的，大家可以根据自己的加热元件微调
#define PID_KP 2.0f
#define PID_KI 0.1f
#define PID_KD 5.0f
#define PID_MAX_OUTPUT 1000 // PWM最大占空比对应的计数值（我用的是TIM3_CH2，预分频7199，自动重装载值999，所以PWM频率是10Hz，占空比0-100%对应计数值0-999）
#define PID_MIN_OUTPUT 0 // PWM最小占空比对应的计数值
#define PID_MAX_I 1000 // 积分项限幅，防止积分饱和
#define PID_MIN_I -1000

// PID全局变量
float pid_error = 0.0f; // 当前误差
float pid_last_error = 0.0f; // 上一次误差
float pid_integral = 0.0f; // 积分项
float pid_derivative = 0.0f; // 微分项
float pid_output = 0.0f; // PID输出
int16_t target_temp = 380; // 目标温度，大家可以通过USB虚拟串口或者按键修改，我嫌按键麻烦，直接在代码里改了

// PID计算简化函数，每100ms调用一次就行（和PWM频率一样，或者是整数倍）
void PID_Calculate(int16_t current_temp)
{
    // 计算当前误差
    pid_error = (float)target_temp - (float)current_temp;

    // 计算积分项，加限幅防止积分饱和
    pid_integral += pid_error;
    if(pid_integral > PID_MAX_I) pid_integral = PID_MAX_I;
    if(pid_integral < PID_MIN_I) pid_integral = PID_MIN_I;

    // 计算微分项
    pid_derivative = pid_error - pid_last_error;

    // 计算PID输出
    pid_output = PID_KP * pid_error + PID_KI * pid_integral + PID_KD * pid_derivative;

    // PID输出限幅，防止占空比超过100%或者低于0%
    if(pid_output > PID_MAX_OUTPUT) pid_output = PID_MAX_OUTPUT;
    if(pid_output < PID_MIN_OUTPUT) pid_output = PID_MIN_OUTPUT;

    // 更新上一次误差
    pid_last_error = pid_error;

    // 设置TIM3_CH2的比较值，也就是PWM占空比
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_2, (uint32_t)pid_output);
}

这段代码里的PID参数调节技巧是我从B站上学来的，新手记下来就行：

1. 先把KI和KD设为0，只调KP，让温度震荡，然后慢慢减小KP，直到温度接近目标温度但不震荡（比如380℃，只调KP的话可能会到375℃左右停住，或者到385℃左右慢慢降下来）。
2. 然后慢慢增大KI，让温度慢慢升到目标温度（比如380℃），注意KI不要调太大，否则会积分饱和，温度超过目标温度很多。
3. 最后慢慢增大KD，让温度在目标温度附近的震荡幅度更小，更快稳定下来，注意KD不要调太大，否则会出现高频抖动（比如温度在379℃-381℃之间跳来跳去）。

总结一下整个系统的main()函数流程

main()函数里的流程超级简单，不用背：

1. HAL_Init()初始化HAL库。
2. SystemClock_Config()初始化系统时钟。
3. MXGPIOInit()初始化GPIO（MAX6675的CS引脚，TIM3的CH2 PWM输出引脚）。
4. MXSPI1Init()初始化SPI1（MAX6675的通信）。
5. MXTIM3Init()初始化TIM3（PWM输出控制SSR）。
6. USBVCPInit()初始化USB虚拟串口。
7. HALTIMPWMStart(&htim3, TIMCHANNEL_2)启动PWM输出。
8. 进入死循环，每100ms调用一次MAX6675ReadTemp()、PIDCalculate()、USBVCPSendTemp()。

整个系统的源码、原理图、PCB（AD格式）我本来想打包发上来的，但平台不让放链接，大家需要的话可以自己按照上面的代码和模块搭，不难的，新手大概3天就能搞定（包括焊接和PID参数调节）。

STM32F103热电偶采集PID温控采集系统 基于stm32设计，可以实现热电偶采集，PID温度控制，注意51单片机源码基于keil开发环境，STM32源码基于IAR开发环境 提供原理图， PCB(AD格式)，源代码 ，不提供，