《STM32H7R7开发指南 V1.1 》第三十七章 光环境传感器实验

正点原子运营

第三十七章 光环境传感器实验

1）实验平台：正点原子STM32H7R7开发板

2）章节摘自【正点原子】STM32H7R7开发指南 V1.1

3）购买链接： https://detail.tmall.com/item.htm?id=820823382459

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/stm32/zdyz_stm32h7rx.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）正点原子STM32开发板技术交流群：756580169





上一章，我们介绍了IIC驱动PCF8574T，本章我们将向大家介绍如何使用IIC来驱动光环境传感器。在本章中，我们将使用STM32H7R7的普通IO口模拟IIC时序，来驱动AP3216C，从而检测环境光强度（ALS）、接近距离（PS）和红外线强度（IR）等环境参数。
本章分为如下几个小节：
37.1 光敏传感器简介
37.2 硬件设计
37.3 程序设计
37.4 下载验证

37.1 AP3216C简介
AP3216C是敦南科技推出的一款三合一环境传感器， 它包含了：数字环境光传感器（ALS）、接近传感器（PS）和一个红外LED（IR）。该芯片通过IIC接口和MCU连接，并支持中断（INT）输出。AP3216C的特点如下：
·IIC接口，支持高达400KHz通信速率
·支持多种工作模式（ALS、PS+IR、ALS+PS+IR等）
·内置温度补偿电路
·工作温度支持-30~80℃
·环境光传感器具有16位分辨率
·接近传感器具有10位分辨率
·红外传感器具有10位分辨率
·超小封装（4.1*2.4*1.35mm）
因为以上一些特性，AP3216C被广泛应用于智能手机上面，用来检测光强度（自动背光控制），和接近开关控制（听筒靠近耳朵，手机自动灭屏功能）。AP3216C的框图如图37.1.1所示：

图37.1.1 AP3216C框图

1.引脚说明
AP3216C的引脚说明如表37.1.1所示：

表37.1.1 AP3216C引脚说明

AP3216C和我们的MCU只需要连接SCL、SDA和INT，就可以实现驱动。其SCL和SDA同24C02共用，连接在PF1和PF0上。关于IIC协议的介绍，请参考IIC实验。

2.写寄存器
AP3216C的写寄存器时序如图37.1.2所示：

图37.1.2 AP3216C写寄存器时序

图中，先发送AP3216C的地址（7位，0X1E，左移一位后为：0X3C），最低位W=0表示写数据，随后发送8位寄存器地址，最后发送8位寄存器值。其中：S，表示IIC起始信号；W，表示读/写标志位（W=0表示写，W=1表示读）；A，表示应答信号；P，表示IIC停止信号。

3.读寄存器
AP3216C的读寄存器时序如图37.1.3所示：

图37.1.3 AP3216C读寄存器时序

图中，同样是先发送7位地址+写操作，然后再发送寄存器地址，随后，重新发送起始信号（Sr），再次发送7位地址+读操作，然后读取寄存器值。其中：Sr，表示重新发送IIC起始信号；N，表示不对AP3216C进行应答；其他简写同上。

4.寄存器描述
AP3216C有一些列寄存器，由这些寄存器来控制AP3216C的工作模式，以及中断配置和数据输出等。这里我们仅介绍我们在本章需要用到的一些寄存器，其他寄存器的描述和说明，请大家参考AP3216C的数据手册。
本章需要用到AP3216C的寄存器如表37.1.2所示：

表37.1.2 AP3216C相关寄存器及其说明

上表中，0X00是一个系统模式控制寄存器，主要在初始化的时候配置，初始化的时候，我们先设置其值为100，实行一次软复位，随后设置其值为011，开启ALS+PS+IR检测功能。
剩下的6个寄存器，为数据寄存器，输出AP3216C内部三个传感器所检测到的数据（ADC值），描述如表所示，这里需要注意的是：读取间隔至少要大于112.5ms，因为，AP3216C内部完成一次ALS+PS+IR的数据转换，需要112.5ms的时间。
AP3216C的简介，我们就介绍到这里，关于该芯片的详细说明，请大家参考其数据手册。

37.2 硬件设计

1. 例程功能
开机的时候先检测AP3216C是否存在，如检测不到AP3216C，则在LCD屏幕上面显示报错信息。如果检测到AP3216C，则显示正常，并在主循环里面，循环读取ALS+PS+IR的传感器数据，并显示在LCD屏幕上面。同时，DS0闪烁，提示程序正在运行。

2. 硬件资源
1）LED灯
       LED0 – PD14
2）串口1(PB14/PB15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(包括MCU屏和RGB屏,都支持)
4）AP3216C（通过IIC接口连接）
       IIC_SCL  –PF1
       IIC_SDA –PF0

3. 原理图
我们主要来看看光环境传感器和开发板的连接，如下图所示：

图37.2.1 光敏传感器与开发板连接示意图

这里需要说明一下：AP3216C的AP_INT脚是悬空的，所以不能使用AP3216C的中断输出功能。本实验，我们并没有用到AP3216C的中断功能。

37.3 程序设计

37.3.1 程序解析

1. AP3216C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。AP3216C驱动源码包括两个文件：ap3216c.c和ap3216.h。
ap3216c.h头文件代码非常简单，主要是函数声明以及宏定义标识符，这里大家只需要注意，宏定义标识符AP3216C_ADDR配置的是器件AP3216C的IIC地址。
下面介绍ap3216c.c的函数，首先是光环境传感器初始化函数，其定义如下：

1. /**
   
2. * @brief   AP3216C初始化
   
3. * [url=home.php?mod=space&uid=271674]@param[/url]   无
   
4. * @retval  初始化结果
   
5. * @arg     0: 成功
   
6. * @arg     1: 失败
   
7. */
   
8. uint8_t ap3216c_init(void)
   
9. {
   
10.     uint8_t dat;
    
11.    
    
12.     /* 初始化IIC */
    
13.     iic_init();
    
14.    
    
15.     /* 软复位 */
    
16.     ap3216c_write_reg(0x00, 0x04);
    
17.     delay_ms(20);
    
18.    
    
19.     /* 开启ALS、PS、IR功能并回读校验 */
    
20.     ap3216c_write_reg(0x00, 0x03);
    
21.     dat = ap3216c_read_reg(0x00);
    
22.     if (dat != 0x03)
    
23.     {
    
24.         return 1;
    
25.     }
    
26.    
    
27.     return 0;
    
28. }
    
29. 
    
30. /**
    
31. * @brief   读取AP3216C数据
    
32. * @param   ir: IR传感器数据
    
33. * @param   ps: PS传感器数据
    
34. * @param   als: ALS传感器数据
    
35. * @retval  无
    
36. */
    
37. void ap3216c_read_data(uint16_t *ir, uint16_t *ps, uint16_t *als)
    
38. {
    
39.     uint8_t buf[6];
    
40.     uint8_t i;
    
41.    
    
42.     for (i=0; i<6; i++)
    
43.     {
    
44.         buf[i] = ap3216c_read_reg(0x0A + i);
    
45.     }
    
46.    
    
47.     if ((buf[0] & 0x80) != 0)
    
48.     {
    
49.         *ir = 0;
    
50.     }
    
51.     else
    
52.     {
    
53.         *ir = ((uint16_t)buf[1] << 2) | (buf[0] & 0x03);
    
54.     }
    
55.    
    
56.     *als = ((uint16_t)buf[3] << 8) | buf[2];
    
57.    
    
58.     if ((buf[4] & 0x40) != 0)
    
59.     {
    
60.         *ps = 0;
    
61.     }
    
62.     else
    
63.     {
    
64.         *ps = ((uint16_t)(buf[5] & 0x3F) << 4) | (buf[4] & 0x0F);
    
65.     }
    
66. }
    
67. 
    
68. /**
    
69. * @brief   读AP3216C寄存器
    
70. * @param   reg: 寄存器地址
    
71. * @retval  寄存器值
    
72. */
    
73. static uint8_t ap3216c_read_reg(uint8_t reg)
    
74. {
    
75.     uint8_t dat;
    
76.    
    
77.     iic_start();
    
78.     iic_send_byte((AP3216C_IIC_ADDR << 1) | 0x00);
    
79.     if (iic_wait_ack() != 0)
    
80.     {
    
81.         iic_stop();
    
82.         return 1;
    
83.     }
    
84.     iic_send_byte(reg);
    
85.     if (iic_wait_ack() != 0)
    
86.     {
    
87.         iic_stop();
    
88.         return 1;
    
89.     }
    
90.     iic_start();
    
91.     iic_send_byte((AP3216C_IIC_ADDR << 1) | 0x01);
    
92.     if (iic_wait_ack() != 0)
    
93.     {
    
94.         iic_stop();
    
95.         return 1;
    
96.     }
    
97.     dat = iic_read_byte(0);
    
98.     iic_stop();
    
99.    
    
100.     return dat;
     
101. }
     
102. 
     
103. /**
     
104. * @brief   写AP3216C寄存器
     
105. * @param   reg: 寄存器地址
     
106. * @param   dat: 寄存器值
     
107. * @retval  无
     
108. */
     
109. static uint8_t ap3216c_write_reg(uint8_t reg, uint8_t dat)
     
110. {
     
111.     iic_start();
     
112.     iic_send_byte((AP3216C_IIC_ADDR << 1) | 0x00);
     
113.     if (iic_wait_ack() != 0)
     
114.     {
     
115.         iic_stop();
     
116.         return 1;
     
117.     }
     
118.     iic_send_byte(reg);
     
119.     if (iic_wait_ack() != 0)
     
120.     {
     
121.         iic_stop();
     
122.         return 1;
     
123.     }
     
124.     iic_send_byte(dat);
     
125.     if (iic_wait_ack() != 0)
     
126.     {
     
127.         iic_stop();
     
128.         return 1;
     
129.     }
     
130.     iic_stop();
     
131.    
     
132.     return 0;
     
133. }

复制代码

该部分为AP3216C的驱动代码，其中的IIC相关函数，直接是用第三十六章myiic.c里面提供的相关函数，这里不做介绍。
这里总共有4个函数：ap3216c_init函数用于初始化并检测AP3216C，先设置AP3216C软复位，随后设置其工作在ALS+PS+IR模式，通过对系统模式寄存器的读写操作，来判断AP3216C是否正常（在位）；ap3216c_write_reg和ap3216c_read_reg这两个函数实现AP3216C的寄存器写入和读取功能；ap3216c_read_data函数，则用于读取ALS+PS+IR传感器的数据，一般我们只需要调用该函数获取数据即可。

2. main.c代码
在main.c里面编写如下代码：

1. int main(void)
   
2. {
   
3.     uint16_t ir, als, ps;
   
4.    
   
5.     sys_mpu_config();                   /* 配置MPU */
   
6.     sys_cache_enable();                 /* 使能Cache */
   
7.     HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
   
8.     sys_stm32_clock_init(300, 6, 2);    /* 配置时钟，600MHz */
   
9.     delay_init(600);                    /* 初始化延时 */
   
10.     usart_init(115200);                 /* 初始化串口 */
    
11.     led_init();                         /* 初始化LED */
    
12.     hyperram_init();                    /* 初始化HyperRAM */
    
13.     lcd_init();                         /* 初始化LCD */
    
14.    
    
15.     lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    
16.     lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "AP3216C TEST", RED);
    
17.     lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    
18.    
    
19.     while (ap3216c_init())              /* 检测不到AP3216C */
    
20.     {
    
21.         lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "AP3216C Check Failed!", RED);
    
22.         delay_ms(500);
    
23.         lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Please Check!      ", RED);
    
24.         delay_ms(500);
    
25.         LED0_TOGGLE();                  /* 红灯闪烁 */
    
26.     }
    
27. 
    
28.     lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "AP3216C Ready!", RED);
    
29.     lcd_show_string(30, 160, 200, 16, 16, " IR:", RED);
    
30.     lcd_show_string(30, 180, 200, 16, 16, " PS:", RED);
    
31.     lcd_show_string(30, 200, 200, 16, 16, "ALS:", RED);
    
32. 
    
33.     while (1)
    
34.     {
    
35.         ap3216c_read_data(&ir, &ps, &als);            /* 读取数据  */
    
36.         lcd_show_num(30 + 32, 160, ir, 5, 16, BLUE);  /* 显示IR数据 */
    
37.         lcd_show_num(30 + 32, 180, ps, 5, 16, BLUE);  /* 显示PS数据 */
    
38.         lcd_show_num(30 + 32, 200, als, 5, 16, BLUE); /* 显示ALS数据  */
    
39. 
    
40.         LED0_TOGGLE();                                /* 提示系统正在运行 */
    
41.         delay_ms(120);
    
42.     }
    
43. }

复制代码

该部分的代码逻辑很简单，初始化各个外设之后，进入死循环，通过调用ap3216c_read_data函数，读取ALS+PS+IR的数据，并显示在LCD上面。同时，DS0闪烁，提示程序正在运行。这里我们延时120ms读取一次，确保ALS+PS+IR的转换全部完成，以保证数据正常。

37.4 下载验证
将程序下载到开发板后，可以看到LED0不停的闪烁，提示程序已经在运行了。LCD显示的内容如图37.4.1所示：

图37.4.1 光环境传感器实验测试图

我们可以用手遮挡/靠近AP3216C传感器，可以看到三个传感器的数据变化，说明我们的代码是工作正常的。