【正点原子STM32连载】 第三十三章 光敏传感器实验 摘自【正点原子】MiniPro STM32H750 开发指南_V1.1

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第三十三章 光敏传感器实验

本章，我们将学习使用MiniPRO STM32H750开发板板载的一个光敏传感器。我们还是要使用到ADC采集，通过ADC采集电压，获取光敏传感器的电阻变化，从而得出环境光线的变化，并在TFTLCD上面显示出来。 本章分为如下几个小节： 33.1 光敏传感器简介 33.2 硬件设计 33.3 程序设计 33.4 下载验证

33.1 光敏传感器简介 光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。 光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其它传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。 MiniPRO STM32H750开发板板载了一个光敏二极管（光敏电阻），作为光敏传感器，它对光的变化非常敏感。光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的，其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。 利用这个电流变化，我们串接一个电阻，就可以转换成电压的变化，从而通过ADC读取电压值，判断外部光线的强弱。 本实验利用ADC3的通道11（PC1）来读取光敏二极管电压的变化，从而得到环境光线的变化，并将得到的光线强度，显示在TFTLCD上面。关于ADC的介绍，前面已经有详细介绍了，这里我们就不再细说了。 33.2 硬件设计

1. 例程功能 通过ADC3的通道11（PC1）读取光敏传感器（LS1）的电压值，并转换为0~100的光线强度值，显示在LCD模块上面。光线越亮，值越大；光线越暗，值越小。大家可以用手指遮挡LS1和用手电筒照射LS1，来查看光强变化。LED0闪烁用于提示程序正在运行。
2. 硬件资源 1）RGB灯 RED : LED0 - PB4 2）串口1(PA9/PA10连接在板载USB转串口芯片CH340上面) 3）正点原子2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模块(仅限MCU屏，16位8080并口驱动) 4）ADC3 ：通道11 - PC1 5）光敏传感器 - PC1
3. 原理图 我们主要来看看光敏传感器和开发板的连接，如下图所示：

图33.2.1 光敏传感器与开发板连接示意图 图中，LS1是光敏二极管（实物在开发板5V排针（VOUT2）上面），R28为其提供反向电压，当环境光线变化时，LS1两端的电压也会随之改变，从而通过ADC3_IN11通道，读取LIGHT_SENSOR（PC1）上面的电压，即可得到环境光线的强弱。光线越强，电压越低，光线越暗，电压越高。 33.3 程序设计 33.3.1 ADC的HAL库驱动 本实验用到的ADC的HAL库API函数前面都介绍过，具体调用情况请看程序解析部分。下面介绍读取光敏传感器ADC值的配置步骤。 读取光敏传感器ADC值配置步骤 1）开启ADCx和ADC通道对应的IO时钟，并配置该IO为模拟功能 首先开启ADCx的时钟，然后配置GPIO为模拟模式。本实验我们默认用到ADC3通道11，对应IO是PC1，它们的时钟开启方法如下： __HAL_RCC_ADC3_CLK_ENABLE (); /* 使能ADC3时钟 / __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); / 开启GPIOC时钟 */ 2）设置ADC3，开启内部温度传感器 调用HAL_ADC_Init函数来设置ADC3时钟分频系数、分辨率、模式、扫描方式、对齐方式等信息。 注意：该函数会调用：HAL_ADC_MspInit回调函数来完成对ADC底层的初始化，包括：ADC3时钟使能、ADC3时钟源的选择等。 3）配置ADC通道并启动AD转换器 调用HAL_ADC_ConfigChannel()函数配置ADC3通道11，根据需求设置通道、序列、采样时间和校准配置单端输入模式或差分输入模式等。然后通过HAL_ADC_Start函数启动AD转换器。 4）读取ADC值，转换为光线强度值 这里选择查询方式读取，在读取ADC值之前需要调用HAL_ADC_PollForConversion等待上一次转换结束。然后就可以通过HAL_ADC_GetValue来读取ADC值。最后把得到的ADC值转换为0~100的光线强度值。 33.3.2 程序流程图

图33.3.2.1 光敏传感器实验程序流程图 33.3.3 程序解析

1. LSENS驱动代码 这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。LSENS驱动源码包括两个文件：lsens.c和lsens.h。本实验还要用到adc3.c和adc3.h文件的驱动代码。adc3.c和adc3.h文件前面已经介绍过了，就不再赘述。 lsens.h头文件定义了一些宏定义和一些函数的声明，该宏定义如下：

/*****************************************************************************/
/* 光敏传感器对应ADC3的输入引脚和通道 定义 */
#define LSENS_ADC3_CHX_GPIO_PORT            GPIOC
#define LSENS_ADC3_CHX_GPIO_PIN             GPIO_PIN_1
#define LSENS_ADC3_CHX_GPIO_CLK_ENABLE()    
do{ __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); }while(0)  /* PC口时钟使能 */
#define LSENS_ADC3_CHX           ADC_CHANNEL_11         /* 通道Y,  0