「ALIENTEK 阿波罗 STM32F767 开发板资料连载」第三十二章 光环境传感器实验

1）实验平台：alientek 阿波罗 STM32F767 开发板
2）摘自《STM32F7 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子


第三十二章 光环境传感器实验
上一章，我们介绍了 IIC 驱动 PCF8574T，本章我们将向大家介绍如何使用 IIC 来驱动光环
境传感器。在本章中，我们将使用 STM32F767 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
部分：
32.1 AP3216C 简介
32.2 硬件设计
32.3 软件设计
32.4 下载验证
32.1 AP3216C 简介
AP3216C 是敦南科技退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 32.1.1 所
示：


图 32.1.1 AP3216C 框图
1，引脚说明
AP3216C 的引脚说明如表 32.1.1 所示：


表 32.1.1 AP3216C 引脚说明
AP3216C 和我们的 MCU 只需要连接 SCL、SDA 和 INT，就可以实现驱动。其 SCL 和 SDA
同 24C02 共用，连接在 PH4 和 PH5 上，INT 脚连接在 PCF8574 的 P1 上，见图 31.2.1。关于 IIC
协议的介绍，请参考 IIC 实验，这个章节。
2，写寄存器
AP3216C 的写寄存器时序如图 32.1.2 所示：
图 32.1.2 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 32.1.3 所示：





图 32.1.3 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 有一系列寄存器，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 32.1.2 所示：





表 32.1.2 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。
本章实验功能简介：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。
32.2 硬件设计
本章需要用到的硬件资源有：
1）指示灯 DS0
2）串口（USMART 使用）
3）LCD 模块
4）AP3216C
前面 3 部分的资源，我们前面已经介绍了，请大家参考相关章节。这里介绍 AP3216C 与
STM32F767 和的连接，AP3216C 同 24C02 等共用一个 IIC 接口，SCL 和 SDA 分别连在
STM32F767 的 PH4 和 PH5 上的，另外 INT 脚连接在 PCF8574T 的 P1 口上，见图 30.2.1。连接
关系如图 32.2.1 所示：



图 32.2.1 AP3216C 与 STM32F767 的连接图
这里需要说明一下：AP3216C的AP_INT脚，是连接在PCF8574T的P1脚上的（见图30.2.1），
如果大家想要用 AP3216C 的中断输出功能，则必须初始化 PCF8574T，并监控 PCF8574T 的中
断引脚，然后在发现有中断输入的时候，读取 PCF8574T，判断 P1 脚是否有低电平出现，从而
检测AP3216C的中断。本章，我们并没有用到AP3216C的中断功能，所以，不需要配置PCF8574T。
32.3 软件设计
打开本章实验工程可以看到，我们在 HARDWARE 分组下面添加了源文件 ap3216c.c 并且
包含了其对应的头文件 ap3216c.h，AP3126C 相关驱动代码就放在这两个文件中。
打开 ap3216c.c 文件，代码如下：
//初始化 AP3216C
//返回值:0,初始化成功
// 1,初始化失败
u8 AP3216C_Init(void)
{
u8 temp=0;
IIC_Init();
//初始化 IIC
AP3216C_WriteOneByte(0x00,0X04); //复位 AP3216C
delay_ms(50);
//AP33216C 复位至少 10ms
AP3216C_WriteOneByte(0x00,0X03); //开启 ALS、PS+IR
temp=AP3216C_ReadOneByte(0X00);
//读取刚刚写进去的 0X03
if(temp==0X03)return 0;
//AP3216C 正常
else return 1;
//AP3216C 失败
}
//读取 AP3216C 的数据
//读取原始数据，包括 ALS,PS 和 IR
//注意！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
void AP3216C_ReadData(u16* ir,u16* ps,u16* als)
{
u8 buf[6];
u8 i;
for(i=0;i<6;i++)
{
buf=AP3216C_ReadOneByte(0X0A+i); //循环读取所有传感器数据
}
if(buf[0]&0X80)*ir=0;
//IR_OF 位为 1,则数据无效
else *ir=((u16)buf[1]<<2)|(buf[0]&0X03); //读取 IR 传感器的数据
*als=((u16)buf[3]<<8)|buf[2];
//读取 ALS 传感器的数据
if(buf[4]&0x40)*ps=0;
//IR_OF 位为 1,则数据无效
else *ps=((u16)(buf[5]&0X3F)<<4)|(buf[4]&0X0F); //读取 PS 传感器的数据
}
//IIC 写一个字节
//reg:寄存器地址
//data:要写入的数据
//返回值:0,正常
// 其他,错误代码
u8 AP3216C_WriteOneByte(u8 reg,u8 data)
{
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(AP3216C_ADDR|0X00);//发送器件地址+写命令
if(IIC_Wait_Ack()) //等待应答
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Send_Byte(reg); //写寄存器地址
IIC_Wait_Ack(); //等待应答
IIC_Send_Byte(data); //发送数据
if(IIC_Wait_Ack()) //等待 ACK
{
IIC_Stop();
return 1;
}
IIC_Stop();
return 0;
}
//IIC 读一个字节
//reg:寄存器地址
//返回值:读到的数据
u8 AP3216C_ReadOneByte(u8 reg)
{
u8 res;
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(AP3216C_ADDR|0X00); //发送器件地址+写命令
IIC_Wait_Ack(); //等待应答
IIC_Send_Byte(reg); //写寄存器地址
IIC_Wait_Ack(); //等待应答
IIC_Start();
IIC_Send_Byte(AP3216C_ADDR|0X01); //发送器件地址+读命令
IIC_Wait_Ack(); //等待应答
res=IIC_Read_Byte(0);
//读数据,发送 nACK
IIC_Stop(); //产生一个停止条件
return res;
}
该部分为 AP3216C 的驱动代码，其中的 IIC 相关函数，直接是用的第二十九章 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_WriteOneByte 和 AP3216C_ReadOneByte 这两个函数实
现 AP3216C 的寄存器写入和读取功能；AP3216C_ReadData 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。
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。
最后我们看看主函数内容，程序如下：
int main(void)
{
u16 ir,als,ps;
Cache_Enable();
//打开 L1-Cache
HAL_Init();
//初始化 HAL 库
Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz
delay_init(216); //延时初始化
uart_init(115200);
//串口初始化
LED_Init(); //初始化 LED
KEY_Init(); //初始化按键
SDRAM_Init(); //初始化 SDRAM
LCD_Init(); //LCD 初始化
POINT_COLOR=RED;
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Apollo STM32F4/F7");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"AP3216C TEST");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2016/7/12");
while(AP3216C_Init())
//检测不到 AP3216C
{
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"AP3216C Check Failed!");
delay_ms(500);
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"Please Check! ");
delay_ms(500);
LED0_Toggle;
//DS0 闪烁
}
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"AP3216C Ready!");
LCD_ShowString(30,160,200,16,16," IR:");
LCD_ShowString(30,180,200,16,16," PS:");
LCD_ShowString(30,200,200,16,16,"ALS:");
POINT_COLOR=BLUE;
//设置字体为蓝色
while(1)
{
AP3216C_ReadData(&ir,&ps,&als); //读取数据
LCD_ShowNum(30+32,160,ir,5,16); //显示 IR 数据
LCD_ShowNum(30+32,180,ps,5,16); //显示 PS 数据
LCD_ShowNum(30+32,200,als,5,16);//显示 ALS 数据
LED0_Toggle;;
//提示系统正在运行
delay_ms(120);
}
}
该段代码，就是根据 31.1 节最后的功能简介来编写的，在初始化完成以后，我们 main 函
数死循环里面，调用 AP3216C_ReadData 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。
至此，我们的软件设计部分就结束了。
32.4 下载验证
在代码编译成功之后，我们通过下载代码到 ALIENTEK 阿波罗 STM32 开发板上，得到如
图 32.4.1 所示的界面：



图 32.4.1 程序运行界面
此时，大家可以用手遮挡/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。