第022课 传感器

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第001节_光敏电阻的使用

这节课我们开始讲的传感器,有光敏电阻、DH11温湿度传感器、DS18B20温度传感器、HS0038红外接收器。

首先介绍光敏电阻传感器。

光敏电阻有一个特点,就是它的阻值随光照强度变化而变化,

看一下它的原理图,R5是一个普通电阻,LAS1是光敏电阻,它们串联组成一个分压电路,

LAS1阻值变化,将会导致中间RES_AO测得的电压发生变化。

Chapter22 lesson1 001.png

这个电路图有点绕,画一个示意图如下:

Chapter22 lesson1 002.png

使用ADC测量A点的电压,可以得知LAS1的变化情况,这里的测量是一个模拟信号。


现在假如需要这个光敏系统在光照大于/小于某个值时,发出中断,怎么办呢?

这里就需要再加一个比较的电路,B处的电压是可调电阻得到的电压,可以通过调节电阻进行变化。A、B两个电压最后接在一个比较器的“正负端”,当A>B时,输出1,反之输出0。

通过调节可调电阻,可以实现对比较阈值的控制。

现在这个电路就即可得到模拟信号和数字信号。


现在就可以开始写程序了,复制前面024的代码为025_sensors,这是这一章的第一个项目,再创建个001_photoresistor文件夹,将代码都放进去。

再创建一个sensors文件夹用来放本课的所有传感器代码,然后再创建photoresistor文件夹放本节课代码,再在里面创建photoresistor.c。

在代码里面,我们要做两件事:

1.启动ADC,读出AIN1电压值;
2.注册中断,当光线强度超过或小于某个阈值时,产生中断;

打开工程里的adc代码,原来的adc_init,只初始化了adc0,现在我们要用AIN1,修改下代码,传入个参数就能初始化对应的AIN:

void adc_init(int channel)
{
	/* [15] : ECFLG,  1 = End of A/D conversion
	 * [14] : PRSCEN, 1 = A/D converter prescaler enable
	 * [13:6]: PRSCVL, adc clk = PCLK / (PRSCVL + 1)
	 * [5:3] : SEL_MUX, 000 = AIN 0
	 * [2]   : STDBM
	 * [0]   : 1 = A/D conversion starts and this bit is cleared after the startup.
	 */
	ADCCON = (1<<14) | (49<<6) | (channel<<3);

	ADCDLY = 0xff;	
}

后面的adc_read_ain0只能读取AIN0的数据,现在修改一下,传入个通道参数,就能读取对应通道的ADC值:

int adc_read(int channel)
{
	adc_init(channel);
	
	/* 启动ADC */
	ADCCON |= (1<<0);

	while (!(ADCCON & (1<<15)));  /* 等待ADC结束 */

	return ADCDAT0 & 0x3ff;
}

修改了这两个函数,原来的adc_test函数里调用的adc读取函数也要对应进行修改。


参考这个adc_test,编写photoresistor_test函数。

需要修改的内容并不多,首先是修改adc_read参数,将通道0改为通道1。

然后我们想同时再把AIN0上的滑动电阻对应的电压也读出来,因此再做一次ADC0读取的操作。

void photoresistor_test(void)
{
	int val, val0;
	double vol, vol0;
	int m, m0; /* 整数部分 */
	int n, n0; /* 小数部分 */
	
	//adc_init();

	while (1)
	{
		val = adc_read(1);
		vol = (double)val/1023*3.3;   /* 1023----3.3v */
		m = (int)vol;	/* 3.01, m = 3 */
		vol = vol - m;	/* 小数部分: 0.01 */
		n = vol * 1000;  /* 10 */

		val0 = adc_read(0);
		vol0 = (double)val0/1023*3.3;   /* 1023----3.3v */
		m0 = (int)vol0;	/* 3.01, m = 3 */
		vol0 = vol0 - m0;	/* 小数部分: 0.01 */
		n0 = vol0 * 1000;  /* 10 */

		/* 在串口上打印 */
		printf("photoresistor vol: %d.%03dv, compare to threshold %d.%03dv\r", m, n, m0, n0);  /* 3.010v */

		/* 在LCD上打印 */
		//fb_print_string();
	}

以上就完成了我们的第一个目标。


现在开始做第二个目标,注册中断放在interrupt.c里实现。

硬件上RES_DO是EINT15。我们可以仿照之前的按键中断来编写本次的中断。

先分析一下中断,如图:

Chapter22 lesson1 003.png


GPG7作为中断引脚,它会先经过外部中断EINTMASK寄存器,才能进入到中断控制器。

所以,需要做以下操作:

  • ①首先初始化:
a.GPG7配置为中断引脚;
b.设置中端触发方式:双边沿触发;
c.设置EINTMASK使能中断;
  • ②中断处理:
a.分辨:读EINTPEND;
b.读GPG7;

在原来的key_eint_init函数里配置GPG7为中断引脚:

	/* 配置GPG7为中断引脚, 用于光敏电阻 */
	GPGCON &= ~((3<<14));
	GPGCON |= ((2<<14));

然后设置中端触发方式:双边沿触发

	/* 设置中断触发方式: 双边沿触发 */
	EXTINT0 |= (7<<0) | (7<<8);     /* S2,S3 */
	EXTINT1 |= (7<<12);             /* S4 */
	EXTINT2 |= (7<<12);             /* S5 */

最后再使能中断:

	/* 使能中断GPG7/EINT15, 用于光敏电阻 */
	EINTMASK &= ~((1<<15));

修改key_eint_irq中断处理函数,先判断是哪个中断产生,再读取电平,打印。

else if (val & (1<<15)) /* eint15, 用于光敏电阻 */
		{
			if (val2 & (1<<7))
			{
				printf("\n\rphotoresistor dark!\n\r");
			}
			else
			{
				printf("\n\rphotoresistor light!\n\r");
			}
		}

至此,代码就写完了,最后还要修改对应的Makefile和主函数。

第002节_高精度延时函数

在后续我们对讲解多个传感器,这几个传感器对时序的要求都比较高,比如温湿度传感器DH11,查看芯片手册时序,至少就需要微秒级的延时函数。

延时函数的方式一般有两种:

  • ①:使用for循环,利用示波器等工具测得精确值;
  • ②:使用定时器,通过不断检测定时器的计数值获得精确时间;


使用for循环的方式,可能会因为硬件的差异,导致延时函数不准,因此这里我们使用定时器的方式。

打开之前的timers.c文件,修改timer_init函数的配置。

PCLK仍然等于50000000,将prescaler value改为4,divider value设置为2,

这样,每减1, 对应0.2us;每减5, 对应1us;从50000减到0,对应10ms。

修改对应的寄存器:

	TCFG0 = 4;  /* Prescaler 0 = 4, 用于timer0,1 */
	TCFG1 &= ~0xf; /* MUX0 : 1/2 */

	/* 设置TIMER0的初值 */
	TCNTB0 = 50000;  /* 10Ms中断一次 */

我们先写一个us延时的函数,然后ms延时就调用us即可。

因此,us延时函数里,尽量少调用函数。

假如现在要延时nus,我们先将n*5,得到nus对应的“计数时钟数”。

然后如果传入“计数时钟周期”如果大于0,则一直计算过去了多少个“计数时钟数”,与传入的“计数时钟数”相减,直到为零,退出循环,也就实现了延时nus。


怎样计算过去了多少个“计算周期”呢?

自然是当前的值,减去一开始进入函数的值。

但还有一种情况是定时器里的计数记到0时,会自动变成5000,计数计数,这时候,计算方式就变成了pre+(5000-cur):

Chapter22 lesson2 001.png

/* 尽量少调用函数 */
void udelay(int n)
{
	int cnt = n * 5;  /* u us 对应n*5个计数值 */
	int pre = TCNTO0;
	int cur;
	int delta;

	while (cnt > 0)
	{
		cur = TCNTO0;
		if (cur <= pre)
			delta = pre - cur;
		else
			delta = pre + (50000 - cur);

		cnt = cnt - delta;
		pre = cur;
	}
}

然后时ms延时函数:

void mdelay(int m)
{
	udelay(m*1000);
}

我们可以写一个测试函数,简单的测试下是否可用,测试函数隔1分钟进行打印一下。

如果us不准的话,放大至s,会有比较大的偏差,这样可以进行粗略的检测,精确检测可以使用示波器等工具。

void hrtimer_test(void)
{
	int cnt = 0;
	while (1)
	{
		printf("delay one min: ");
		mdelay(60000); /* 延时1分钟 */
		printf("%d\n\r", ++cnt);
	}
}


前面延时里的计算还是比较耗费时间的,因此,我们尽量提高CPU的运行时钟,并且 将尽可能的启动icache、dcache和mmu。

此外,如果延时过程中,发生了中断,如果中断比较耗时的话,就会导致延时可能出现不准确,所以,我们可以延时之前关中断, 延时之后开中断;

课后作业:

  • a. 禁止icache, 禁止mmu, 修改lds, 测试延时函数是否还准确;
  • b. 测试延时之前关中断, 延时之后开中断;

第003节_DHT11温湿度传感器的使用

第004节_DS18B20温度传感器介绍

第005节_DS18B20温度传感器编程

第006节_红外线遥控协议简介及编程思路

第007节_前期编程_系统时间与环型缓冲区

第008节_HS0038红外线接收器的编程_打印原始脉冲

第009节_HS0038红外线接收器的编程_解析数据