GD32F470_光敏电阻光照传感器模块移植手册

2.3 光敏电阻光照传感器
光敏电阻是用硫化隔或硒化隔等半导体材料制成的特殊电阻器,其工作原理是基于内光电效应。随着光照强度的升高,电阻值迅速降低,由于光照产生的载流子都参与导电,在外加电场的作用下作漂移运动,电子奔向电源的正极,空穴奔向电源的负极,从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。其在无光照时,几乎呈高阻状态,暗时电阻很大。光敏电阻模块一般用来检测周围环境的光线的亮度,触发单片机或继电器模块等。

2.3.1 模块来源
采购链接:光敏电阻传感器模块 光感应 智能车配件
资料下载链接:
https://pan.baidu.com/s/1VMFN1fVo5jxB80IYTsY67A
资料提取码:y8jw
2.3.2 规格参数
工作电压:3.3-5V
工作电流:1MA
模块尺寸:31.1475 x 14.097mm
输出方式: DO接口为数字量输出 AO接口为模拟量输出
读取方式:ADC
管脚数量:4 Pin(2.54mm间距排针)
2.3.3 移植过程
我们的目标是在梁山派GD32F470上能够判断当前光照强度的功能。首先要获取资料,查看数据手册应如何实现,再移植至我们的工程。
2.3.3.1 查看资料
这个模块采用的光敏电阻的型号是5516,对应下图,可以知道在光亮时的阻值在8到20KΩ左右,在光暗时的阻值在1MΩ左右。
图2.2.3.1-1 光敏电阻型号表
其对应的原理图见图2.2.3.1-2,其中U2.1为LM393,R3为光敏电阻。AO输出为R2和R3分压后直接输出电压,所以为模拟量;DO为经过LM393进行电压比较后,输出高低电平,所以为数字量。具体原理是,393的3号引脚电压与2号引脚进行电压比较。当3号引脚电压比2号引脚电压高时,1号引脚输出高电平;当3号引脚电压比2号引脚电压低时,1号引脚输出低电平;可以通过调整R4控制2号引脚的电压。
图2.2.3.1-2 光敏电阻光照传感器原理图

因此DO引脚可以配置为GPIO的输入模式,AO引脚需要配置为ADC模拟输入模式。
2.3.3.2 引脚选择
想要使用ADC,需要确定使用的引脚是否有ADC外设功能。可以通过数据手册
在这里插入图片描述

在数据手册的第28页结尾,是关于GD32F450Zx系列芯片引脚的功能定义示意图。

当前只有AO引脚需要使用到ADC接口,所以DO引脚可以使用开发板上其他的GPIO。这里选择使用PC1的附加ADC功能。使用ADC0的第11道输入通道。
在这里插入图片描述

光照传感器立创·梁山派
VCC3V3
GNDGND
DOPA1
AOPC1

在这里插入图片描述
2.3.3.3 移植至工程
移植步骤中的导入.c和.h文件与上一节相同,只是将.c和.h文件更改为bsp_illume.c与bsp_illume.h。见2.2.3.3 移植至工程。这里不再过多讲述。移植完成后面修改相关代码。
在文件bsp_illume.c中,编写如下代码。

/********************************************************************************
  * 文 件 名: bsp_illume.c
  * 版 本 号: 初版
  * 修改作者: LC
  * 修改日期: 2023年04月06日
  * 功能介绍:          
  ******************************************************************************
  * 注意事项:
*********************************************************************************/

#include "bsp_illume.h"
#include "systick.h"


 //DMA缓冲区
uint16_t gt_adc_val[ SAMPLES ][ CHANNEL_NUM ]; 



/******************************************************************
 * 函 数 名 称:Illume_GPIO_Init
 * 函 数 说 明:初始化光敏电阻光照传感器引脚功能
 * 函 数 形 参:无
 * 函 数 返 回:无
 * 作       者:LC
 * 备       注:无
******************************************************************/
void Illume_GPIO_Init(void)
{
    /* DMA初始化功能结构体定义 */
    dma_single_data_parameter_struct dma_single_data_parameter;
        
        /* 使能引脚时钟 */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_ILLUME_GPIO_AO);                
    rcu_periph_clock_enable(RCU_ILLUME_GPIO_DO);                
        
        /* 使能ADC时钟 */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_ILLUME_ADC);                
  
        /* 使能DMA时钟 */
        rcu_periph_clock_enable(RCU_ILLUME_DMA);
 
        /*        配置ADC时钟        */ 
    adc_clock_config(ADC_ADCCK_PCLK2_DIV4);        
        
   /*        配置PA1(DO)为输入模式        */
    gpio_mode_set(PORT_ILLUME_DO, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_ILLUME_DO); 
        /*        配置PC1(AO)为浮空模拟输入模式        */
    gpio_mode_set(PORT_ILLUME_AO, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_ILLUME_AO);  
 
        /*        配置ADC为独立模式        */
    adc_sync_mode_config(ADC_SYNC_MODE_INDEPENDENT);
        
    /*        使能连续转换模式        */
    adc_special_function_config(PORT_ADC, ADC_CONTINUOUS_MODE, ENABLE);
         
    /*        使能扫描模式        */
    adc_special_function_config(PORT_ADC, ADC_SCAN_MODE, ENABLE);
   
        /*        数据右对齐        */        
    adc_data_alignment_config(PORT_ADC, ADC_DATAALIGN_RIGHT);
    
    /*        ADC0设置为规则组  一共使用 CHANNEL_NUM 个通道                */  
    adc_channel_length_config(PORT_ADC, ADC_REGULAR_CHANNEL, CHANNEL_NUM);
                
    /*        ADC规则通道配置:ADC0的通道11的扫描顺序为0;采样时间:15个周期                */  
        /*        DMA开启之后 gt_adc_val[x][0] = PC1的数据   */
    adc_regular_channel_config(PORT_ADC, 0, CHANNEL_ADC, ADC_SAMPLETIME_15);//PC1
 
        /*        ADC0设置为12位分辨率                */  
        adc_resolution_config(PORT_ADC, ADC_RESOLUTION_12B); 
        
        /*        ADC外部触发禁用, 即只能使用软件触发                */  
    adc_external_trigger_config(PORT_ADC, ADC_REGULAR_CHANNEL, EXTERNAL_TRIGGER_DISABLE);
    
    /*        使能规则组通道每转换完成一个就发送一次DMA请求                */  
    adc_dma_request_after_last_enable(PORT_ADC);  
    
        /*        使能DMA请求                */  
        adc_dma_mode_enable(PORT_ADC);
    
        /*        使能DMA                */          
        adc_enable(PORT_ADC);
    
        /*        等待ADC稳定                */  
        delay_1ms(1);
    
        /*        开启ADC自校准                */
    adc_calibration_enable(PORT_ADC); 
 
    /*        清除 DMA通道0 之前配置         */
    dma_deinit(PORT_DMA, CHANNEL_DMA);
   
        /*        DMA初始化配置         */
        dma_single_data_parameter.periph_addr = (uint32_t)(&ADC_RDATA(PORT_ADC));         //设置DMA传输的外设地址为ADC0基地址
        dma_single_data_parameter.periph_inc = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;                         //关闭外设地址自增
        dma_single_data_parameter.memory0_addr = (uint32_t)(gt_adc_val);                         //设置DMA传输的内存地址为 gt_adc_val数组
        dma_single_data_parameter.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;                         //开启内存地址自增(因为不止一个通道)
        dma_single_data_parameter.periph_memory_width = DMA_PERIPH_WIDTH_16BIT;             //传输的数据位 为 16位
        dma_single_data_parameter.direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;                                         //DMA传输方向为 外设往内存
        dma_single_data_parameter.number = SAMPLES * CHANNEL_NUM;                                     //传输的数据长度为:每个通道采集30次 * 1个通道
        dma_single_data_parameter.priority = DMA_PRIORITY_HIGH;                                                 //设置高优先级
        dma_single_data_mode_init(PORT_DMA, CHANNEL_DMA, &dma_single_data_parameter);//将配置保存至DMA1的通道0
        
        /*        DMA通道外设选择                */
        /*        数据手册的195页根据PERIEN[2:0]值确定第三个参数,例是100 则为DMA_SUBPERI4          例是010 则为DMA_SUBPERI2         */
        /*        我们是ADC0功能,PERIEN[2:0]值为000,故为DMA_SUBPERI0                */
        dma_channel_subperipheral_select(PORT_DMA, CHANNEL_DMA, DMA_SUBPERI0);
 
        /*        使能DMA1通道0循环模式                */
        dma_circulation_enable(PORT_DMA, CHANNEL_DMA);
 
        /*        启动DMA1的通道0功能                */
        dma_channel_enable(PORT_DMA, CHANNEL_DMA); 
        
        /*        开启软件触发ADC转换                */
        adc_software_trigger_enable(PORT_ADC, ADC_REGULAR_CHANNEL); 
}
 

/******************************************************************
 * 函 数 名 称:Get_Adc_Dma_Value
 * 函 数 说 明:对DMA保存的数据进行平均值计算后输出
 * 函 数 形 参:CHx 第几个扫描的数据
 * 函 数 返 回:对应扫描的ADC值
 * 作       者:LC
 * 备       注:返回值最低0  最高4095
******************************************************************/
unsigned int Get_Adc_Dma_Value(char CHx)
{
        unsigned char i = 0;
        unsigned int AdcValue = 0;
    
    /* 因为采集 SAMPLES 次,故循环 SAMPLES 次 */
        for(i=0; i< SAMPLES; i++)
        {
        /*    累加    */
                AdcValue+=gt_adc_val[i][CHx];
        }
    /* 求平均值 */
        AdcValue=AdcValue / SAMPLES;
    
        return AdcValue;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称:Get_illume_Percentage_value
 * 函 数 说 明:读取光敏电阻值,并且返回百分比 
 * 函 数 形 参:无
 * 函 数 返 回:返回百分比
 * 作       者:LC
 * 备       注:最亮100  最暗0
******************************************************************/
unsigned int Get_illume_Percentage_value(void)
{
    //GD32F470和GD32F450的ADC精度都是12位
    //2的12次方 = 4096
    //因为单片机是从0开始算,所以要4096-1=4095
    int adc_max = 4095;
    int adc_new = 0;
    int Percentage_value = 0;
    
    adc_new = Get_Adc_Dma_Value(0);
    //百分比 = ( 当前值 / 最大值 )* 100 
    Percentage_value = ( 1 - ( (float)adc_new / adc_max ) ) * 100;
    return Percentage_value;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称:Get_DO_In
 * 函 数 说 明:读取DO引脚的电平状态
 * 函 数 形 参:无
 * 函 数 返 回:1=检测过亮   0=检测过暗
 * 作       者:LC
 * 备       注:无
******************************************************************/
char Get_DO_In(void)
{
    if( GET_DO_IN == 1 )
    {
        return 1;
    }
    return 0;
}

在文件bsp_encoder.h中,编写如下代码。

#ifndef _BSP_MQ2_H_
#define _BSP_MQ2_H_
 
#include "gd32f4xx.h"



#define RCU_ILLUME_GPIO_AO     RCU_GPIOC
#define RCU_ILLUME_GPIO_DO     RCU_GPIOA

#define RCU_ILLUME_ADC      RCU_ADC0
#define RCU_ILLUME_DMA      RCU_DMA1

#define PORT_DMA            DMA1
#define CHANNEL_DMA         DMA_CH0

#define PORT_ADC            ADC0
#define CHANNEL_ADC         ADC_CHANNEL_11

#define PORT_ILLUME_AO      GPIOC
#define GPIO_ILLUME_AO        GPIO_PIN_1

#define PORT_ILLUME_DO      GPIOA
#define GPIO_ILLUME_DO      GPIO_PIN_1

#define GET_DO_IN   gpio_input_bit_get(PORT_ILLUME_DO, GPIO_ILLUME_DO)

 //采样次数
#define SAMPLES         30
//采样通道数 
#define CHANNEL_NUM     1


extern uint16_t gt_adc_val[ SAMPLES ][ CHANNEL_NUM ];  //DMA缓冲区
 
void Illume_GPIO_Init(void);
unsigned int Get_Adc_Dma_Value(char CHx);
unsigned int Get_illume_Percentage_value(void);
char Get_DO_In(void);

#endif

2.3.4 移植验证
在自己工程中的main主函数中,编写如下。

/********************************************************************************
  * 文 件 名: main.c
  * 版 本 号: 初版
  * 修改作者: LC
  * 修改日期: 2023年04月06日
  * 功能介绍:          
  ******************************************************************************
  * 注意事项:
*********************************************************************************/


#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "bsp_illume.h"
#include "stdio.h"

int main(void)
{
    nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);  // 优先级分组
        systick_config();                //滴答定时器初始化 1ms

    usart_gpio_config(115200U);
    Illume_GPIO_Init();
    printf("ADC+DMA demo start\r\n");
    while(1)
    {
        printf("ADC-%d\r\n", Get_Adc_Dma_Value(0) );
        printf("illume-%d%%\r\n", Get_illume_Percentage_value() );
        delay_1ms(1000);
    }
}

移植现象:输出ADC值和换算后的光照度百分比。
在这里插入图片描述
移植成功示例,见文件2.3.4-1 。
文件2.3.4-1

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