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外观

二十一、 ADC光敏电阻实验 ​

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

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）

1.配置流程 ​

一般使用ADC功能，都需要有以下几个步骤。

  1. 配置时钟
  2. 配置引脚
  3. 配置ADC模式
  4. 配置数据对齐方式
  5. 配置分辨率
  6. 配置采集通道
  7. 配置触发方式
  8. 开启校准
  9. 使能ADC

1.1. 配置时钟 ​

 本案例使用ADC进行操作，需要开启ADC的时钟。  ADC的时钟来源有AHB(72MHz)、APB2(72MHz)和IRC28M(72MHz)，我们需要选择一个时钟源，并将其分频到28MHz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28MHz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4分频，最终的ADC时钟频率为：

 4分频满足了我们的要求。

1.2. 配置引脚 ​

 GD32E230C8T6一共有10个外部ADC通道，我们将光敏电阻模块的AO引脚连接在PA1引脚上，查找数据手册的引脚定义可知，PA1的附加功能有ADC的通道1。

 因为我们之前配置时钟的章节开启的是ADC的时钟，所以这里选择PA1的附加功能，ADC的通道1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。

 PA1引脚和ADC通道1的宏定义如下：

c
/* PA1 ADC_IN1 */
#define BSP_ADC_GPIO_RCU     RCU_GPIOA
#define BSP_ADC_GPIO_PORT    GPIOA
#define BSP_ADC_GPIO_PIN     GPIO_PIN_1

/* PA1 ADC_IN1 */
#define BSP_ADC_RCU         RCU_ADC
#define BSP_ADC             ADC
#define BSP_ADC_CHANNEL     ADC_CHANNEL_1

初始化GPIO引脚的配置如下：

c
//使能引脚时钟
rcu_periph_clock_enable(BSP_ADC_GPIO_RCU);
//使能ADC时钟
rcu_periph_clock_enable(BSP_ADC_RCU);
//配置ADC时钟
rcu_adc_clock_config(RCU_ADCCK_APB2_DIV4);
//配置引脚为模拟浮空输入模式
gpio_mode_set(BSP_ADC_GPIO_PORT, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, BSP_ADC_GPIO_PIN);

 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浮空模式，如设置为上拉或下拉模式，则采集的电压是不准确的。

1.3. 配置ADC模式 ​

ADC的模式有4种，分别是单次、连续、扫描和间断转换模式。
这里我们配置为扫描模式，这样就可以根据自己的需要，配置采集通道进行依次扫描采集对应引脚的模拟信号。也可以根据需要配置为连续模式和间断模式。
 扫描模式配置如下：

c
//使能扫描模式
adc_special_function_config(ADC_SCAN_MODE, ENABLE);

//****** 设置为 ADC常规信道组，软件触发模式。
adc_external_trigger_source_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, ADC_EXTTRIG_REGULAR_NONE);

//****** 常规通道配置。通道1 采样周期为55.5
adc_regular_channel_config(0U, BSP_ADC_CHANNEL, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);

1.4. 配置数据对齐方式 ​

 GD32E230C8T6微控制器的ADC支持各种数据对齐方式以适应不同的应用场景。常见的数据对齐方式包括左对齐和右对齐。在右对齐模式下，ADC的数据在转换结束后被右对齐到最低位，不足的位数在高位填充0。右对齐模式允许实现在没有精度的损失下更好的动态范围。

 在左对齐模式下，ADC的数据被左对齐到最高位，不足的位数在低位填充0。左对齐模式可以提高分辨率，但会导致动态范围降低。

 我们配置为右对齐方式，这样我们可以直接将转换完成的数据进行运算。
右对齐方式的配置如下：

c
//数据右对齐
adc_data_alignment_config(ADC_DATAALIGN_RIGHT);

1.5. 配置分辨率 ​

 GD32E230C8T6的分辨率可以配置为6、8、10、12 位。我们可以通过降低 ADC 的分辨率，获得较快的转换时间（tADC）。对于那些不需要高精度数据的应用，可以使用较低的分辨率来实现更快速地转换。

这里我们配置为12位分辨率。分辨率的配置如下：

c
//ADC设置为12位分辨率
adc_resolution_config(ADC_RESOLUTION_12B);

1.6. 配置采集通道 ​

 我们需要配置的是使用的通道和采集通道个数。这里我们使用的是常规通道组，并且只需要转换一个通道。后续需要采集多个通道时，只需要修改采集的通道即可。
采集通道的配置如下：

c
//ADC设置为规则组  一共使用 1 个通道
adc_channel_length_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, 1);

1.7. 配置触发方式 ​

 触发的方式有两种，分别是外部触发方式和软件触发方式。

 其中外部触发输入的上升沿、下降沿可以触发规则组或注入组的转换。具体见GD32E23用户手册的第150页。需要注意的是可以实时修改外部触发选择，在修改期间不会出现触发事件。

 软件触发方式是由软件触发启动，通常用在单次采样转换中。在软件触发模式下，ADC转换工作被触发后，由软件控制以固定的时间间隔进行转换，因此通常用于采集时间不太关键，但要求精度较高的应用。

 这里选择的是软件触发方式，软件触发方式的配置如下：

c
//ADC外部触发禁用, 即只能使用软件触发
adc_external_trigger_config(ADC_REGULAR_CHANNEL,ENABLE);
//使能软件触发
adc_software_trigger_enable(ADC_REGULAR_CHANNEL);

1.8. 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。

c
//ADC使能
adc_enable();
delay_1ms(1U);

注意：使能后面延迟了1ms，等待adc使能完毕。
这个函数使能ADC。

1.9. 开启校准 ​

 ADC 带有一个前置校准功能。在校准期间，ADC 会计算一个出厂校准系数，这个系数是应用于 ADC 内部的，它直到 ADC 下次掉电才无效。在 A/D 转换前应执行校准操作。在校准期间，应用不能使用 ADC，它必须等到校准完成。通过软件设置 CLB=1 来对校准进行初始化，在校准期间CLB 位会一直保持 1，直到校准完成，该位由硬件清 0。可以直接使用库函数调用校准，完成操作。

开启校准的配置如下：

c
//开启ADC自校准
adc_calibration_enable();

最终的ADC全部配置参数如下：

c
/**********************************************************
 * 函 数 名 称：ADC_Config
 * 函 数 功 能：初始化ADC
 * 传 入 参 数：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：
**********************************************************/
void ADC_Config(void)
{
        //使能引脚时钟
        rcu_periph_clock_enable(BSP_ADC_GPIO_RCU);
        //使能ADC时钟
        rcu_periph_clock_enable(BSP_ADC_RCU);
        //配置ADC时钟
        rcu_adc_clock_config(RCU_ADCCK_APB2_DIV4);
        //配置引脚为模拟浮空输入模式
        gpio_mode_set(BSP_ADC_GPIO_PORT, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, BSP_ADC_GPIO_PIN);

        //使能扫描模式
        adc_special_function_config(ADC_SCAN_MODE, ENABLE);

        //****** 设置为 ADC常规信道组，软件触发模式。
        adc_external_trigger_source_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, ADC_EXTTRIG_REGULAR_NONE);

        //****** 常规通道配置。通道1 采样周期为55.5
        adc_regular_channel_config(0U, BSP_ADC_CHANNEL, ADC_SAMPLETIME_55POINT5);

        //数据右对齐
        adc_data_alignment_config(ADC_DATAALIGN_RIGHT);

        //ADC设置为12位分辨率
        adc_resolution_config(ADC_RESOLUTION_12B);

        //ADC设置为规则组  一共使用 1 个通道
        adc_channel_length_config(ADC_REGULAR_CHANNEL, 1);


        //ADC常规通道组
        adc_external_trigger_config(ADC_REGULAR_CHANNEL,ENABLE);
        //使能软件触发
        adc_software_trigger_enable(ADC_REGULAR_CHANNEL);

        //ADC使能
        adc_enable();
        delay_1ms(1U);

        //开启ADC自校准
        adc_calibration_enable();
}

2. 采集转换 ​

 我们之前使用的是扫描模式并使用的是软件触发方式，因此当我们要采集信号时，需要配置好采集通道并开启软件转换。开启转换后，等待EOC标志位置1。其中EOC为转换完成标志位，我们可以通过判断其是否置1，确定是否转换完成。转换完成后将数据从16位寄存器中取出。

c
/**********************************************************
 * 函 数 名 称：Get_ADC_Value
 * 函 数 功 能：读取ADC值
 * 传 入 参 数：ADC_CHANNEL_x=要采集的通道
 * 函 数 返 回：测量到的值
 * 作       者：LC
 * 备       注：默认采样周期为13.5个ADC采样时间
**********************************************************/
unsigned int Get_ADC_Value(uint8_t  ADC_CHANNEL_x)
{
    unsigned int adc_value = 0;

    //设置采集通道
    adc_regular_channel_config(0, ADC_CHANNEL_x, ADC_SAMPLETIME_13POINT5);
    //开始软件转换
    adc_software_trigger_enable(ADC_REGULAR_CHANNEL);

    //等待 ADC 采样完成
    while ( adc_flag_get(ADC_FLAG_EOC) == RESET )
    {

    }
    //读取采样值
    adc_value = adc_regular_data_read();
    //返回采样值
    return adc_value;
}

3. 实验现象 ​

在main.c中调用unsigned int Get_ADC_Value(uint8_t ADC_CHANNEL_x);函数，采集PC1引脚的电压，并通过串口输出。

c
#include "gd32e23x.h"
#include "systick.h"
#include "bsp_usart.h"
#include <stdio.h>
#include "adc.h"


int main(void)
{
    uint16_t value = 0;
    systick_config();
    usart_gpio_config(9600U);
    ADC_Config();
        printf("Start!\r\n");
    while(1)
    {
            value = Get_ADC_Value(ADC_CHANNEL_1);
            printf("value = %d\r\n", value );
            printf("voltage = %f V\r\n", value / 4095.0 * 3.3 );
            delay_1ms(500);
    }
}

在灯光充足的情况下，ADC转换的值大约为990左右，转换为实际电压接近0.8V。

当用手遮住光敏电阻后，采集到的值大约在2750左右，转换为实际电压接近2.3V。

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。 完整代码下载：

通过网盘分享的文件：010ADC光敏电阻实验代码.zip

链接: https://pan.baidu.com/s/1yKY7xBAYj36SD6I8U57Dqw?pwd=lckf 提取码: lckf

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