二十三、ADC光敏电阻实验

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. 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）

3. 模块与开发板接线

4. ADC配置流程

4.1 配置时钟

  本案例使用ADC0进行操作，需要开启ADC1的时钟。 不过需要注意的是STM32F1的中文参考手册中的ADC章节有进行说明，ADC的最大时钟频率为14MHz。V因此我们使用ADC时，需要将挂载ADC的时钟总线频率分频到14MHz以下。

本案例使用的是APB2作为ADC时钟来源，其最大时钟频率为72MHz，我们需要将其分频到14MHz以下。而它分频的参数有2分频、4分频、6分频、8分频等等。选择6分频，则最终的ADC时钟频率为：

6分频满足了我们的要求。

4.2 配置引脚

每个ADC都可以共享多达16个外部通道，我们将光敏电阻模块的AO引脚连接在PA5引脚上，查找数据手册的引脚定义可知，PA5的附加功能有ADC1的通道5，ADC2的通道5。

因为我们之前配置时钟的章节开启的是ADC0的时钟，所以这里选择PA5的附加功能，ADC1的通道5进行操作。要操作 GPIO 引脚，必不可少的就是对 GPIO 进行配置，包括开启时钟、配置模式、配置输出、设置功能等，还是这一系列的操作。

GPIO配置：

GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;                   // 配置结构体

RCC_APB2PeriphClockCmd (RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  // 使能时钟

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;           //模拟输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);                  // 初始化GPIO

参数讲解

• GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; ：这里声明了一个名为GPIO_InitStructure的结构体变量，用于配置GPIO模块的参数。

• RCC_APB2PeriphClockCmd (RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); ：通过调用RCC_APB2PeriphClockCmd函数来启用GPIOA端口的时钟。在STM32系列中，要使用某个GPIO端口之前，需要确保该端口的时钟已经被使能。

• GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; ：将GPIO_Pin_5赋值给GPIO_InitStructure结构体的GPIO_Pin成员。这表示我们将要配置的GPIO引脚是GPIOA的第5号引脚。

• GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; ：指定了GPIO引脚的工作模式。在这种情况下，将该引脚配置为模拟输入模式，以便连接到模数转换器（ADC）等模拟电路。

• GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); ：通过调用GPIO_Init函数，将上述配置应用到GPIOA的第5号引脚上，从而完成了对该引脚的初始化配置。

以上代码需要注意的是使用ADC功能时，引脚必须设置为模拟输入模式，如设置为上拉或下拉模式，则采集的电压是不准确的。

4.3 配置ADC

ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;

// 打开ADC时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd ( RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );

// ADC 模式配置
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;// 只使用一个ADC，独立模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE ;// 禁止扫描模式，单通道不需要扫描
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;// 连续转换模式
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;// 软件触发转换
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;// 数据右对齐
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;// 转换通道1个

// 初始化ADC
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

// 配置ADC时钟PCLK2的6分频，即12MHz
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);

// 配置 ADC 通道转换顺序为1，第一个转换，采样时间为55.5个时钟周期
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);

讲解

1. 通过 ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 声明了一个名为 ADC_InitStructure 的结构体变量，用于配置 ADC 模块的参数。

2. 通过 RCC_APB2PeriphClockCmd ( RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE ); 启用了 ADC1 的时钟。在使用 ADC 之前，需要确保相应的时钟已经被使能。

3. 对 ADC 进行了一系列配置：

   • ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;：配置 ADC 为独立模式，表示只使用一个 ADC。

   • ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;：禁止扫描模式，因为只使用单通道，不需要扫描多个通道。

   • ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;：启用连续转换模式，允许 ADC 连续地进行模拟信号转换。

   • ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;：设置外部触发转换为软件触发，即由软件启动转换。

   • ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;：指定数据右对齐，表示转换后的数据在数据寄存器中右对齐存放。

   • ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;：指定转换通道数量为 1，表明只有一个转换通道。

4. 通过 ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); 将上述配置应用到 ADC1 模块上，完成了对 ADC 的初始化配置。

5. 通过 RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); 配置了 ADC 时钟 PCLK2 的分频系数为 6，将 PCLK2 分频为 6，即获得 12MHz 的时钟频率。这个步骤是为了给 ADC 提供合适的时钟频率。

6. 通过 ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_5, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5); 配置了 ADC 的常规通道转换顺序为 1，第一个转换，使用 ADC 的第 5 号通道，并设置了采样时间为 55.5 个时钟周期。

4.4 使能ADC

ADC配置好之后并不能开始工作，还需要去使能，就是相当于有一个开关可以打开关闭。需要注意的是要先使能了ADC之后，才能开始进行自校准。

//ADC1使能
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);

4.5 ADC转换

// 初始化ADC 校准寄存器
ADC_ResetCalibration(ADC1);
// 等待校准寄存器初始化完成
while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));

// ADC开始校准
ADC_StartCalibration(ADC1);
// 等待校准完成
while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));

// 使用软件触发ADC转换
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);

讲解

1. ADC_ResetCalibration(ADC1);：通过调用 ADC_ResetCalibration 函数，初始化了ADC的校准寄存器，为后续的校准做准备。

2. while (ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));：在这里使用了一个循环来等待校准寄存器初始化完成。这行代码会一直循环执行，直到校准寄存器初始化完成。

3. ADC_StartCalibration(ADC1);：启动了ADC的校准过程，通过调用 ADC_StartCalibration 函数开始对ADC进行校准。

4. while (ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));：类似于第二步，这里也使用了一个循环来等待校准过程完成。代码会一直循环执行，直到校准完成。

5. ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);：最后，通过调用 ADC_SoftwareStartConvCmd 函数，使用软件触发来启动ADC的转换过程。

5. 数据采集函数编写

/**********************************************************
 * 函 数 名 称：Get_ADC_Value
 * 函 数 功 能：读取ADC值
 * 传 入 参 数：无
 * 函 数 返 回：测量到的值
 * 作       者：LC
 * 备       注：
**********************************************************/
uint32_t Get_ADC_Value(void)
{
      uint32_t adc_value = 0;

      // 等待转换结束
      while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));

      //读取采样值
      adc_value = ADC_GetConversionValue(ADC1);

      //返回采样值
      return adc_value;
}

Get_ADC_Value函数讲解

• 首先，声明了一个名为 adc_value 的变量，并将其初始化为 0。
• 进入一个循环，等待转换结束。在这里使用了 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC )); 来等待ADC转换结束的标志位。
• 转换结束后，通过 ADC_GetConversionValue(ADC1); 读取采样值，并将其存储在 adc_value 中。
• 最后，返回读取到的采样值 adc_value。

 /**********************************************************
 * 函 数 名 称：Get_Adc_Average
 * 函 数 功 能：计算得出某个通道给定次数采样的平均值
 * 传 入 参 数：times：采集次数
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：LP
**********************************************************/
uint16_t Get_Adc_Average(uint8_t times)
{
    uint32_t value = 0;
    uint8_t t;

    for(t=0;t<times;t++)
    {
        value += Get_ADC_Value();
        delay_ms(5);
    }
    return value/times;
}

Get_Adc_Average函数讲解

• 定义一个uint32_t类型的变量temp_val用于累加每次采样的值。
• 使用for循环，调用Get_Adc函数times次，每次采样后等待5毫秒（delay_ms(5)），以避免采样速度过快导致的数据不准确。
• 将累加的总值除以采样次数times，得到平均值，并返回该值。

6. 实验现象

在main.c中调用**uint16_t Get_Adc_Average(uint8_t times)**函数，采集PA5引脚的电压，并通过串口输出。

int main(void)
{

      board_init();

      uart1_init(115200);

      ADC_Config(); // ADC1通道5初始化

      while(1)
      {
            printf("Value = %d\r\n\n",Get_Adc_Average(30));

            delay_ms(1000);
      }

}

现象：

• 在灯光充足的情况下，ADC转换的值大约为4000左右，转换为实际电压接近3.3V。
• 当用手挡住光敏电阻后，采集到的值大约在1000左右，转换为实际电压接近0.8V。

如果没有光敏电阻，则可以连接到3.3V或者GND进行测试。当接入3.3V时采集到的值接近4095；当接入GND时，采集到的值接近0。

⭐提示

关于这一章节的代码百度网盘下载，在立创·STM32F103C8T6开发板资料/第03章软件资料/代码例程/011ADC采集。