STM32学习心得二十五：光敏传感器原理及实验

记录一下，方便以后翻阅~
主要内容：
1） 光敏传感器概述；
2） 相关实验代码解读。
实验功能：通过ADC3_CH6来检测光敏二极管一端的电压变化来达到检测光强的目的（可通过检测环境光，调节LCD的背光大小）。
官方资料：《STM32中文参考手册V10》第11章——模拟/数字转换ADC
1. 光敏传感器概述
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。

简而言之：照射光敏二极管的光强不同，通过光敏二极管的电流大小就不同，所以可以通过检测电流大小，达到检测光强的目的。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。
2. 硬件连接图

3.相关代码解读
3.1 adc.h头文件代码解读

#ifndef __TSENSOR_H
#define __TSENSOR_H 
#include "stm32f10x.h"
void Adc3_Init(void);     //ADC3初始化//
u16  Get_Adc3(u8 ch);     //获得ADC3某个通道值//  
#endif 

3.2 adc.c文件代码解读

#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "adc.h"
//编写Adc3_Init初始化函数//                  
void  Adc3_Init(void)
{      
 ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC3 , ENABLE );    //使能ADC3通道时钟//   
 RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);                         //设置ADC时钟//
 ADC_DeInit(ADC3);                                         //复位ADC3,将外设ADC3的全部寄存器重设为缺省值// 
 //ADC3_InitStructure参数设置//
 ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;                   //独立模式//
 ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;                        //关闭扫描模式//
 ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;                  //单次转换模式//
 ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;  //软件触发启动//
 ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;               //数据右对齐//
 ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;                              //顺序进行规则转换的ADC通道的数目//
 ADC_Init(ADC3, &ADC_InitStructure);   
 ADC_Cmd(ADC3, ENABLE);                                               //使能指定的ADC3//
 //下面四个函数用于校准//
 ADC_ResetCalibration(ADC3);                                          //使能复位校准//   
 while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC3));                          //等待复位校准结束//
 ADC_StartCalibration(ADC3);                                          //开启AD校准//
 while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC3));                               //等待校准结束//
}   
//编写Get_Adc3函数//
u16 Get_Adc3(u8 ch)   
{
 //设置指定ADC的规则组通道，四个入口参数//
 ADC_RegularChannelConfig(ADC3, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );          
 ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC3, ENABLE);         //使能指定的ADC3的软件转换启动功能//   
 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC3, ADC_FLAG_EOC )); //等待转换结束//
 return ADC_GetConversionValue(ADC3);            //返回最近一次ADC3规则组的转换结果//
} 

3.3 lsens.h头文件代码解读

#ifndef __LSENS_H
#define __LSENS_H 
#include "sys.h" 
#include "adc.h" 
//定义两个常量//
#define LSENS_READ_TIMES 10              //定义光敏传感器读取次数,读10次,然后取平均值//
#define LSENS_ADC_CHX    ADC_Channel_6   //定义光敏传感器所在的ADC通道编号，即0x06//
//申明两个函数//    
void Lsens_Init(void);                   //初始化光敏传感器函数//
u8 Lsens_Get_Val(void);                  //读取光敏传感器值的函数//
#endif 

3.4 lsens.c文件代码解读

#include "lsens.h"
#include "delay.h"
//初始化光敏传感器函数，即对GPIO,PF8初始化参数配置//
void Lsens_Init(void)
{
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOF,ENABLE);    //使能GPIOF时钟 
 //配置GPIOF参数，引脚8，模拟输入//
 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;     
 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;  
 GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure); 
 Adc3_Init();
}
//读取Light Sens的值，范围0-100，0最暗;100最亮// 
u8 Lsens_Get_Val(void)
{
 u32 temp_val=0;
 u8 t;
 for(t=0;t<LSENS_READ_TIMES;t++)       //LSENS_READ_TIMES在lsens.h文件中设好，默认10//
 {
  temp_val+=Get_Adc3(LSENS_ADC_CHX);   //读取ADC值，LSENS_ADC_CHX在lsens.h文件中设好，默认ADC_Channel_6，即0x06//
  delay_ms(5);
 }
 temp_val/=LSENS_READ_TIMES;           //计算平均值// 
 if(temp_val>4000)temp_val=4000;       //当计算后的值大于4000时，强制转换为4000//
 return (u8)(100-(temp_val/40));       //将temp_val值归一化到0-100之间//
}

3.5 main.c文件代码解读

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"  
#include "adc.h"
#include "lsens.h" 
 int main(void)
 {  
 u8 adcx; 
 delay_init();        //延时函数初始化   
 uart_init(115200);   //串口初始化为115200
 LED_Init();          //初始化与LED连接的硬件接口
 Lsens_Init();        //初始化光敏传感器             
 while(1)
 {
  adcx=Lsens_Get_Val();
  printf("光线强度:%d\n",adcx); 
  LED0=!LED0;
  delay_ms(500); 
 }
}

4. 实验结果

旧知识点
1）复习如何新建工程模板，可参考STM32学习心得二：新建工程模板；
2）复习基于库函数的初始化函数的一般格式，可参考STM32学习心得三：GPIO实验-基于库函数；
3）复习寄存器地址，可参考STM32学习心得四：GPIO实验-基于寄存器；
4）复习位操作，可参考STM32学习心得五：GPIO实验-基于位操作；
5）复习寄存器地址名称映射，可参考STM32学习心得六：相关C语言学习及寄存器地址名称映射解读；
6）复习时钟系统框图，可参考STM32学习心得七：STM32时钟系统框图解读及相关函数；
7）复习延迟函数，可参考STM32学习心得九：Systick滴答定时器和延时函数解读；
8）复习ST-LINK仿真器的参数配置，可参考STM32学习心得十：在Keil MDK软件中配置ST-LINK仿真器；
9）复习ST-LINK调试方法，可参考STM32学习心得十一：ST-LINK调试原理+软硬件仿真调试方法；
10）复习如何对GPIO进行复用，可参考STM32学习心得十二：端口复用和重映射；
11）复习串口通信相关知识，可参考STM32学习心得十四：串口通信相关知识及配置方法；
12）复习ADC原理及一般配置步骤，可参考STM32学习心得二十三：ADC转换原理及模数转换实验和STM32学习心得二十四：内部温度传感器原理及实验。