STM32 proteus + STM32Cubemx仿真教程（第五课ADC光敏电阻采样教程）

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前言

本篇文章开始带大家学习如何使用proteus和stm32cubemx来完成stm32的学习，第五节课我们来学习adc光敏电阻采样实验。

proteus使用8.9版本。

stm32cubemx使用6.3版本。

一、adc概念

在stm32微控制器中，adc（analog-to-digital converter，模数转换器）是一个非常重要的外设，用于将模拟信号转换为数字信号，以便在微控制器内部进行处理。下面是对stm32中adc概念的详细讲解：

1. adc的基本原理
   adc的主要功能是将连续的模拟信号转换成离散的数字值。stm32的adc通常使用逐次逼近寄存器（sar，successive approximation register）类型的adc，这种类型的adc在精度和转换速度之间有良好的平衡。

2. adc的主要参数
   分辨率：adc的分辨率决定了其输出数字值的精度。例如，12位的adc可以产生0到4095之间的数字值（2^12 = 4096）。
   采样率：采样率表示每秒钟adc可以进行多少次转换。较高的采样率可以更精细地捕捉快速变化的信号。
   输入通道：stm32的adc通常具有多个输入通道，可以通过选择不同的通道来测量不同的模拟信号。
   参考电压（vref）：参考电压决定了adc的量程。对于stm32，通常是3.3v或其他指定电压。

3. adc的主要功能和特点
   多通道支持：stm32的adc通常支持多达16个或更多的输入通道，可以通过选择不同的通道来测量多个模拟信号。
   扫描模式：在扫描模式下，adc可以自动依次对多个通道进行转换。
   连续转换模式：在连续转换模式下，adc可以不断地对一个或多个通道进行转换。
   触发源：adc转换可以通过软件或硬件触发源（如定时器、外部事件等）来启动。
   dma支持：adc可以与dma（直接存储器访问）控制器配合使用，以提高数据传输效率，减少cpu负担。

4. 使用adc的基本步骤
   初始化adc外设：

配置adc的分辨率、转换模式（单次或连续）、数据对齐方式等。
配置adc的时钟源，以确保其工作在合适的频率范围内。

配置输入通道：

选择要使用的adc输入通道，并配置相应的gpio引脚为模拟模式。

启动adc转换：

启动adc转换，可以选择单次转换、连续转换或扫描模式。
使用软件或硬件触发源来启动转换。

读取转换结果：

等待转换完成，可以通过轮询、中断或dma方式获取转换结果。

二、光敏电阻的概念

光敏电阻（photocell），又称光电导管或光电导体，是一种具有光电导效应的电子元件。它的电阻值会随着入射光强度的变化而变化，通常用于感测光线强度。下面是关于光敏电阻的详细讲解：

1. 光敏电阻的工作原理

光敏电阻的核心材料通常是半导体材料（如硫化镉 cds），当光子（光粒子）照射到光敏电阻表面时，半导体材料内部的电子会被激发，从而跃迁到导带中，形成自由电子和空穴对。这种电子跃迁会增加半导体材料的电导率（即降低电阻值）。因此，光敏电阻的电阻值随着入射光强度的增加而减小。

2. 光敏电阻的特性

• 光电导效应：光敏电阻对光强度敏感，其电阻值会随光强度变化。
• 非线性特性：光敏电阻的电阻值与入射光强度之间的关系通常是非线性的。
• 响应时间：光敏电阻的响应速度较慢，通常在几十毫秒到几百毫秒之间。
• 光谱响应：不同材料的光敏电阻对不同波长的光有不同的响应，常见的光敏电阻对可见光敏感。

3. 光敏电阻的应用

光敏电阻广泛应用于各种光感测和自动控制领域，包括但不限于：

• 光控开关：用于自动灯光控制，例如夜间自动开启的路灯。
• 亮度调节：用于显示器或屏幕的自动亮度调节。
• 光强测量：用于光强度测量仪器中。
• 安全报警：用于光线变化检测的安全系统中。

4. 光敏电阻的电路设计

光敏电阻通常与其他电阻元件组合，构成一个分压电路，以实现光强度到电压信号的转换。下面是一个简单的光敏电阻应用电路示例：

// 简单光敏电阻电路
//
//          +vcc
//           |
//           r
//           |
//           |--------------------> 输出电压 (vout)
//           |
//        光敏电阻
//           |
//          gnd

// vout = vcc * (r / (r + 光敏电阻))

在这个电路中，输出电压 ( v_{out} ) 随着光敏电阻的电阻值变化。当入射光强度增加时，光敏电阻的电阻值减小，导致 ( v_{out} ) 增加；当入射光强度减小时，光敏电阻的电阻值增加，导致 ( v_{out} ) 减小。

5. 实际使用中的注意事项

• 温度影响：光敏电阻的特性会受到温度的影响，在设计电路时需要考虑温度补偿。
• 老化效应：长时间使用后，光敏电阻的特性可能会发生变化，应定期校准和更换。
• 线性范围：在设计电路时，应尽量工作在光敏电阻的线性响应范围内，以获得较好的线性度和精度。

总结

光敏电阻是一种常用的光感测元件，广泛应用于光控开关、亮度调节、光强测量等领域。通过合理的电路设计和使用，可以将光强度信号转换为电压信号，方便后续的处理和应用。在具体应用中，需要考虑光敏电阻的非线性特性、响应时间、温度影响等因素，以实现稳定和准确的光强度检测。

三、stm32cubemx创建工程

在之前的串口工程中添加入adc模块，这里的话实验pa1作为adc的采样端口，并且设置一下采样的时间间隔。

四、proteus仿真电路图

输入ldr找到光敏电阻：

整体电路连接图：

五、代码编写

在stm32的hal库中，hal_adc_start和 hal_adc_getvalue 是两个常用的adc相关函数，用于启动adc转换和获取转换结果。下面是对这两个函数的详细讲解。

1. hal_adc_start 函数

hal_adc_start 函数用于启动指定adc的转换过程。

原型

hal_statustypedef hal_adc_start(adc_handletypedef *hadc);

参数

• hadc：指向 adc 句柄的指针，这个句柄包含了adc的配置和状态信息。

返回值

• hal_statustypedef：返回操作的状态，可以是以下值之一：
  • hal_ok：操作成功。
  • hal_error：操作失败。
  • hal_busy：adc正在忙碌。
  • hal_timeout：操作超时。

功能描述

hal_adc_start 函数启动adc的转换过程。该函数通常在单次转换模式或连续转换模式下使用。

示例

adc_handletypedef hadc1; // 假设已经初始化过

hal_adc_start(&hadc1);

在上述示例中，我们启动了adc1的转换过程。

2. hal_adc_getvalue 函数

hal_adc_getvalue 函数用于获取最近一次adc转换的结果。

原型

uint32_t hal_adc_getvalue(adc_handletypedef *hadc);

参数

• hadc：指向 adc 句柄的指针。

返回值

• uint32_t：返回adc转换结果，这是一个无符号32位整数，具体值取决于adc的分辨率（如12位、10位或8位）。

功能描述

hal_adc_getvalue 函数用于获取最近一次adc转换的结果。这个函数通常在转换完成后调用，可以通过轮询、中断或dma方式来确定转换是否完成。

整体代码：

实验效果：

这里将采集道的光敏电阻数据通过串口打印出来：

总结

本篇文章就讲解到这里，大家有什么疑问都可以留言。

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