《STM32H562开发指南 V1.0 》第三十三章 光环境传感器实验

正点原子运营

第三十三章 光环境传感器实验

1）实验平台：正点原子Mini STM32H562开发板

2）章节摘自【正点原子】STM32H562开发指南 V1.0

3）购买链接： https://detail.tmall.com/item.htm?id=753606659612

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/stm32/zdyz_stm32h562_mini.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：414052738





本章，我们将给大家介绍如何使用IIC来驱动光环境传感器。在本章中，我们将使用STM32H5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：
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 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33.1.1所示：

图33.1.1 AP3216C框图

1.引脚说明
AP3216C的引脚说明如表33.1.1所示：

表33.1.1 AP3216C引脚说明

AP3216C和我们的MCU只需要连接SCL和SDA，就可以实现驱动。其SCL和SDA同24C02共用，连接在PB10和PB3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33.1.2所示：

图33.1.2 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33.1.3所示：

图33.1.3 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33.1.2所示：

表33.1.2 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。

33.2 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。另外，本例程将AP3216C的读写操作函数加入USMART控制，我们也可以通过USMART对AP3216C进行控制。

2. 硬件资源
1）LED灯   
       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寸TFTLCD模块(仅限MCU屏，16位8080并口驱动)
4）定时器4
5）AP3216C（通过IIC接口连接）
       IIC_SCL - PB10
       IIC_SDA - PB3

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33.2.1 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。

33.3 程序设计

33.3.1 程序流程图

图33.3.1.1 光敏传感器实验程序流程图

33.3.2 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文件的函数，定义如下：

1. /**
   
2. * @brief       初始化AP3216C
   
3. * [url=home.php?mod=space&uid=271674]@param[/url]       无
   
4. * @retval      0, 成功;
   
5.                   1, 失败;
   
6. */
   
7. uint8_t ap3216c_init(void)
   
8. {
   
9.     uint8_t temp = 0;
   
10. 
    
11.     iic_init();                                          /* 初始化IIC */
    
12. 
    
13.     ap3216c_write_one_byte(0x00, 0X04);          /* 复位AP3216C */
    
14.     delay_ms(50);                                        /* AP33216C复位至少10ms */
    
15.     ap3216c_write_one_byte(0x00, 0X03);          /* 开启ALS、PS+IR    */
    
16.     temp = ap3216c_read_one_byte(0X00);          /* 读取刚刚写进去的0X03 */
    
17. 
    
18.     if (temp == 0X03)return 0;                           /* AP3216C正常 */
    
19.     else return 1;                                       /* AP3216C失败 */
    
20. }
    
21. 
    
22. /**
    
23. * @brief       读取AP3216C的数据
    
24. * [url=home.php?mod=space&uid=60778]@note[/url]        读取原始数据，包括ALS,PS和IR
    
25. *               如果同时打开ALS,IR+PS的话两次数据读取的时间间隔要大于112.5ms
    
26. * @param       ir      : IR传感器值指针
    
27. * @param       ps      : PS传感器值指针
    
28. * @param       als     : ALS传感器值指针
    
29. * @retval      无
    
30. */
    
31. void ap3216c_read_data(uint16_t *ir, uint16_t *ps, uint16_t *als)
    
32. {
    
33.     uint8_t buf[6];
    
34.     uint8_t i;
    
35. 
    
36.     for (i = 0; i < 6; i++)
    
37.     {
    
38.         buf[i] = ap3216c_read_one_byte(0X0A + i);         /* 循环读取所有传感器数据 */
    
39.     }
    
40. 
    
41.     if (buf[0] & 0X80)
    
42.     {
    
43.         *ir = 0;                                                  /* IR_OF位为1,则数据无效 */
    
44.     }
    
45.     else
    
46.     {
    
47.         *ir = ((uint16_t)buf[1] << 2) | (buf[0] & 0X03); /* 读取IR传感器的数据   */
    
48.     }
    
49. 
    
50.     *als = ((uint16_t)buf[3] << 8) | buf[2];              /* 读取ALS传感器的数据   */
    
51. 
    
52.     if (buf[4] & 0x40)
    
53.     {
    
54.         *ps = 0;                                                 /* IR_OF位为1,则数据无效 */
    
55.     }
    
56.     else
    
57. {
    
58. /* 读取PS传感器的数据 */
    
59.         *ps = ((uint16_t)(buf[5] & 0X3F) << 4) | (buf[4] & 0X0F);  
    
60.     }
    
61. }
    
62. 
    
63. /**
    
64. * @brief       AP3216C写入一个字节
    
65. * @param       reg     : 寄存器地址
    
66. * @param       data    : 要写入的数据
    
67. * @retval      0, 成功;
    
68.                   1, 失败;
    
69. */
    
70. uint8_t ap3216c_write_one_byte(uint8_t reg, uint8_t data)
    
71. {
    
72.     iic_start();
    
73.     iic_send_byte(AP3216C_ADDR | 0X00);          /* 发送器件地址+写命令 */
    
74. 
    
75.     if (iic_wait_ack())                                  /* 等待应答 */
    
76.     {
    
77.         iic_stop();
    
78.         return 1;
    
79.     }
    
80. 
    
81.     iic_send_byte(reg);                  /* 写寄存器地址 */
    
82.     iic_wait_ack();                     /* 等待应答 */
    
83.     iic_send_byte(data);                /* 发送数据 */
    
84. 
    
85.     if (iic_wait_ack())               /* 等待ACK */
    
86.     {
    
87.         iic_stop();
    
88.         return 1;
    
89.     }
    
90. 
    
91.     iic_stop();
    
92.     return 0;
    
93. }
    
94. 
    
95. /**
    
96. * @brief       AP3216C读取一个字节
    
97. * @param       reg     : 寄存器地址
    
98. * @retval      读到的数据
    
99. */
    
100. uint8_t ap3216c_read_one_byte(uint8_t reg)
     
101. {
     
102.     uint8_t res;
     
103. 
     
104.     iic_start();
     
105.     iic_send_byte(AP3216C_ADDR | 0X00);         /* 发送器件地址+写命令 */
     
106.     iic_wait_ack();                                     /* 等待应答 */
     
107.     iic_send_byte(reg);                                 /* 写寄存器地址 */
     
108.     iic_wait_ack();                                     /* 等待应答 */
     
109.     iic_start();               
     
110.     iic_send_byte(AP3216C_ADDR | 0X01);         /* 发送器件地址+读命令 */
     
111.     iic_wait_ack();                                     /* 等待应答 */
     
112.     res = iic_read_byte(0);                             /* 读数据,发送nACK   */
     
113.     iic_stop();                                         /* 产生一个停止条件 */
     
114. 
     
115.     return res;  
     
116. }

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_one_byte和ap3216c_read_one_byte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.     HAL_Init();                                           /* HAL库初始化 */
   
6.     HAL_ICACHE_Enable();                                /* 使能指令缓存 */
   
7.     sys_stm32_clock_init(250, 4, 2, 2);                /* 系统时钟初始化, 250Mhz */
   
8.     delay_init(250);                                       /* 延时初始化 */
   
9.     usart_init(115200);                                        /* 串口初始化 */
   
10.     usmart_dev.init(250);                               /* USMART初始化 */
    
11.     led_init();                                              /* LED初始化 */
    
12.     lcd_init();                                            /* LCD初始化 */
    
13. 
    
14.     lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    
15.     lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "AP3216C TEST", RED);
    
16.     lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    
17. 
    
18.     while (ap3216c_init())                              /* 检测不到AP3216C */
    
19.     {
    
20.         lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "AP3216C Check Failed!", RED);
    
21.         delay_ms(500);
    
22.         lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "Please Check!      ", RED);
    
23.         delay_ms(500);
    
24.         LED0_TOGGLE();                                   /* 红灯闪烁 */
    
25.     }
    
26. 
    
27.     lcd_show_string(30, 130, 200, 16, 16, "AP3216C Ready!", RED);
    
28.     lcd_show_string(30, 160, 200, 16, 16, " IR:", RED);
    
29.     lcd_show_string(30, 180, 200, 16, 16, " PS:", RED);
    
30.     lcd_show_string(30, 200, 200, 16, 16, "ALS:", RED);
    
31. 
    
32.     while (1)
    
33.     {
    
34.         ap3216c_read_data(&ir, &ps, &als);                           /* 读取数据  */
    
35.         lcd_show_num(30 + 32, 160, ir, 5, 16, BLUE);           /* 显示IR数据 */
    
36.         lcd_show_num(30 + 32, 180, ps, 5, 16, BLUE);           /* 显示PS数据 */
    
37.         lcd_show_num(30 + 32, 200, als, 5, 16, BLUE);           /* 显示ALS数据  */
    
38. 
    
39.         LED0_TOGGLE();                                               /* 提示系统正在运行 */
    
40.         delay_ms(120);
    
41.     }
    
42. }

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。

33.4 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33.4.1所示：

图33.4.1 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。