【STM32CubeIDE】学习笔记(一):光敏传感器

【STM32CubeIDE】学习笔记(一):光敏传感器,第1张

文章目录
  • 前言

  • 一、光敏传感器是什么?


  • 二、硬件电路设计


  • 三、软件设计

    • 1.CubeMX配置
    • 2.CubeIDE代码
    • 3.结果显示
  • 总结
  • 附录


前言

本篇文章用STM32CubeMX和STM32CubeIDE软件编程,主控芯片为STM32F407ZGT6驱动光敏传感器。


通过该传感器可以感知周围环境光线的变化,从而可以实现类似自动背光控制的应用。


通过本文可以初步学会使用定时器触发ADC数据采集与处理的功能。


所用工具:

1、芯片: STM32F407ZGT6

2、驱动设备:光敏传感器

3、配置软件:STM32CubeMx

4、IDE: STM32CubeIDE

知识概括:

通过本篇文章您将学到:

光敏传感器原理

ADC采集数据

定时器设置

UART发送数据


一、光敏传感器是什么?

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他传感器,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。


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。


本篇文章利用ADC3的通道5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。


光敏传感器如图1所示。




二、硬件电路设计

光敏传感器只需要一个IO口连接至光敏二极管的正极,本文使用ADC3的通道5(PF7)来采集光敏传感器的光照强度,其电路连接图如图2所示。




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_IN5 通道,读取光敏传感器上面的电压,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。



三、软件设计 1.CubeMX配置

(1) 时钟配置
如图3,4分别为设置HSE(高速外部时钟)以及时钟树的配置。


选定HSE之后芯片会自动选定两个引脚用来连接外部晶振,如图3所示。


设置LSE之后配置时钟树,查数据手册可知本次使用的TIM3定时器是挂载在APB1总线上的,为保证其最终结果输出为整数,将APB1总线定时器时钟信号频率为50MHz,因此设置HCLK为100MHz,其配置图如图4所示。





(2) 调试接口配置
如图5所示,将调试接口设置的设置为SW模式,占用芯片两个引脚。




(3) 定时器配置
为方便计算定时器的分频系数和定时周期,已将APB1设置为50MHz。


先设置TIM3为内部时钟源,在图6的参数设置中设置预分频为49999,通过计算分频器输出的时钟信号频率为1000Hz,计数周期为500,所以TIM3定时器没500ms产生一次计数溢出。


触发事件选择设置为Update Event,也就是以UEV事件信号为TRGO信号。




(4) ADC配置
ADC3的输入通道选择IN5,参数部分设计如图6所示,其中外部触发源的设置为主要对象。


将外部触发源设置为TIM3 Trigger Out event,也就是定时器TIM3的TRGO信号,将触发转换跳变沿设置为上跳沿,因为TRGO是一个短时正脉冲信号。


设置完成之后会自动引出PF7引脚。


这样,ADC3在TIM3的TRGO信号的每个上跳沿启动一次ADC转换,就可以实现周期性ADC转换,转换周期由TIM3的定时周期决定,无须开启TIM3的全局中断,TRGO信号也是正常输出。




(5) UART配置
为显示结果,用串口将转换结果传到电脑上,设置为异步模式,波特率为115200Bits/s,其UART配置如下图8所示。


设置完成之后会自动引出两个引脚用于串口通信。




(6)中断设置
中断配置如图9所示,设置优先级分组为2位抢占2位次级,设置UART和ADC优先级低于基础时钟。




(7)保存
在ProjectManager中设置如如图10,11所示,设置集成开发环境为STM32CubeIDE。




2.CubeIDE代码

相关配置文件不做过多解释,以下只展示添加的代码段以及相应的用法,其他代码均不用动·。



(1) 头文件
作用:使用打印函数printf。



位置:位于/* USER CODE BEGIN Includes */沙箱内。


/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
/* USER CODE END Includes */

(1) UART重定向
作用:使结果通过串口定向输出到屏幕上(通用代码)。



位置:位于/* USER CODE BEGIN 0 */沙箱内。


/* USER CODE BEGIN 0 */
//重定向
#ifdef __GNUC__
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
    return ch;
}
/* USER CODE END 0 */

(3) 开启ADC与TIM
作用:开启ADC3中断以及TIM3定时器。



位置:位于/* USER CODE BEGIN 2 */沙箱内。


  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_ADC_Start_IT(&hadc3);          //开启ADC3中断
  HAL_TIM_Base_Start(&htim3);        //开启TIM3定时器
  /* USER CODE END 2 */

(4) 写ADC中断回调函数
作用:ADC3在TIM3的TRGO信号的每个上跳沿启动一次ADC转换,就可以实现周期性ADC转换。



位置:位于/* USER CODE BEGIN 4 */沙箱内。


/* USER CODE BEGIN 4 */
uint32_t val;
uint16_t LSENS;
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* adcHandle)
{
	if(adcHandle->Instance==ADC3)
	{
		  val=HAL_ADC_GetValue(&hadc3);        //读取常规通道转换结果寄存器的数据
		  LSENS=100-(val/40);                  //计算,使得光强落在0-100之间
	}
	  printf("Light intensity: %d\r\n",LSENS);
}
/* USER CODE END 4 */

附:ADC相关HAL函数

3.结果显示

通过串口连接至上位机,显示结果如图12所示,改变不同的光照强度其显示为不同的结果,光照强度与光照值成正比(光照强度越强,光照值越高)。



总结

本篇文章只是定时器和ADC的简单应用,通过本次试验可以清楚地了解到ADC采集数据的过程。


代码虽然简单但是很通用,适用于其他传感器。


可以在代码上进行拓展,加入一些均值算法,得到较为平稳的值。


本次设计参考正点原子探索者开发板以及STM32Cube高效开发教程。


附录

完整代码:

/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "adc.h"
#include "tim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
//重定向
#ifdef __GNUC__
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1 , (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
    return ch;
}
/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC3_Init();
  MX_TIM3_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_ADC_Start_IT(&hadc3);          //开启ADC3中断
  HAL_TIM_Base_Start(&htim3);        //开启TIM3定时器
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
  __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);
  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = 4;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 100;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = 4;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV4;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_3) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */
uint32_t val;
uint16_t LSENS;
void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* adcHandle)
{
	if(adcHandle->Instance==ADC3)
	{
		  val=HAL_ADC_GetValue(&hadc3);        //读取常规通道转换结果寄存器的数据
		  LSENS=100-(val/40);                  //计算,使得光强落在0-100之间
	}
	  printf("Light intensity: %d\r\n",LSENS);
}
/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

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原文地址: http://outofmemory.cn/langs/563524.html

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