STM32F103+TCS3415颜色传感器程序实现

一、传感器原理

二、本实验实现功能

三、硬件引脚连接

四、传感器配置

1.IIC配置

2. 器件地址和寄存器地址

3. 寄存器设置讲解

五、程序

1.TCS3415配置程序 .c

2.TCS3415配置程序 .h

3.其它程序

六、程序验证

1.示波器调试观察程序

2.注意事项

七、写在后面的话

一、传感器原理

datasheet上说TCS3415是一种数字彩色光传感器，能够精确地导出环境光的色度和照度（强度），并提供具有16位分辨率的数字输出。个人感觉是属于环境光传感器（可百度搜一搜其定义），外界光通过红外阻隔滤片后，无用的IR、UV信号被削弱，获得可见光(380~770nm)，然后通过R,G,B和Clear滤片进入各自的通道，光电二极管将光信号转换为电流或电压信号，积分型ADC对电压进行积分，输出为相应的数字信号。

具体的积分型AD转换器原理这里就不赘述了，推荐观看B站一位老师讲解的双积分型AD转换器，一听就懂！链接如下：【数字电子技术基础 8.12 双积分型AD转换器】

光谱响应：该传感器对不同颜色的不同波长的响应度不同，即使是单色光，其它通道也会有响应。

二、本实验实现功能

基于STM32F103平台，通过TSC3415颜色传感器模块感应外界光，并导出RGBC通道采集到的值（这里不说是导出环境光的色度和光照强度，是因为采集到的RGBC值是随着光强的变化而变化，不能单纯地归为色度和照度），然后通过print()函数在电脑串口调试终端打印输出。

三、硬件引脚连接

TCS3415只接GND、VCC、SCL、SDA四个引脚，STM32使用的模拟IIC，这里将PD6设置为SDA，PD7设置为SCL。所以TCS3415的SCL、SDA引脚分别与单片机的PD7、PD6引脚连接。

四、传感器配置

1.IIC配置

从数据手册中可知道到 TCS3415 是 I²C 器件，支持SMBus 和 IIC协议通信；我们这里使用了 IIC Write/Read Protocol 通信。

这里的每一个操作都需要使用到模拟IIC里面定义的函数。

2. 器件地址和寄存器地址

TCS3415的器件地址是 0111001（0x49，是个奇数），为的是单片机能够找到该传感器，才能进行后续的操作。该传感器有以下寄存器，想要执行相应的功能就需要对相应的寄存器进行配置。

器件地址是个奇数，我们知道 I²C 的从机地址是 8 bit ，前 7 bit 是器件地址，最后 1 bit 代表是读操作（1）还是写操作（0），所以一般来说器件地址应该是偶数。因此需要给它左移 1 bit ，再加上读/写操作。
其中，COMMAND （命令）寄存器指定后续读写操作的目标寄存器地址；例如，配置TIMING寄存器，其地址应该为0x80+01h=0x81，类似于基地址+偏移地址，才是真正的寄存器地址。

我们这里只实现传感器基本的信号采集功能，因此就只配置了Control Register (00h)，Timing Register (01h)和Gain Register (07h)，寄存器的值都是8Bit，可根据数据手册进行相应的赋值设置。

3. 寄存器设置讲解

STM32通过IIC协议控制传感器来实现相应的功能，比如对传感器的ADC使能和上电；首先我们从资料手册中可以知道它们在Control Register (00h)中设置。

从STM32中发送指令给传感器，使用IIC写操作，如以下的代码。产生IIC起始信号，发送从机地址（0x49<<1|0，为地址左移1位+写操作），等待传感器应答，然后再发送Control Register地址（0x80），等待传感器应答，最后发送ADC使能和上电命令（0000 0011b=0x03h）等待传感器应答，最后产生IIC停止信号。经过以上操作就完成了对对传感器的ADC使能和上电。

这里的的操作一一与IIC的写协议对应，因为发送的是一个Byte,所以不需要统计data长度，配置其它的功能也是如此。

void Tcs3415_WriteByte(u8 reg, u8 data)
{IIC_Start();  IIC_Send_Byte(TCS3415_ADDRESS<<1 |0);  IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(reg);//CMD + addr,写入模式和寄存器地址IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(data);  //寄存器的值IIC_Wait_Ack();IIC_Stop();}

五、程序

1.TCS3415配置程序 .c

代码里面有详细的注释，亲测可用! 是基于库函数的程序

#include "tcs3415.h"
#include "stdlib.h"
#include "stm32f10x.h"
#include "sys.h"
#include "myiic.h"
#include "usart.h"
#include "usmart.h"
#include "delay.h"/******************************************************************************** @brief IIC连续写** @param slaveAddress -器件地址* @param reg -寄存器地址 * @param len - 写入长度.* @param buf - 数据区*******************************************************************************/
void TCS3415_I2C_Write(u8 slaveAddress, u8 reg,u8 len, u8 *buf)
{u8 i ;IIC_Start();  //数据手册 P12 Figure.20 I2C写 数据IIC_Send_Byte((slaveAddress << 1) | 0);     //发送器件地址写命令IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(reg);//CMD +寄存器地址-->找到相应的寄存器IIC_Wait_Ack();    //等待应答for(i = 0; i < len; i++){IIC_Send_Byte(buf[i]);   //发送数据IIC_Wait_Ack();}IIC_Stop();
}/******************************************************************************** @brief IIC连续读** @param slaveAddress -器件地址* @param reg -要读取的寄存器地址 * @param len - 要读取的长度.* @param buf - 读取到的数据存储区* @param 返回值 *
*******************************************************************************/
void TCS3415_I2C_Read(u8 slaveAddress, u8 reg,u8 len,u8 *buf)
{IIC_Start();   //数据手册 P12 Figure.21 I2C读 数据IIC_Send_Byte((slaveAddress << 1) | 0);      //发送器件地址+写命令IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(reg);//CMD +寄存器地址-->找到相应的寄存器IIC_Wait_Ack();    //等待应答 IIC_Start();IIC_Send_Byte((TCS3415_ADDRESS << 1) | 1);    //发送器件地址+读命令IIC_Wait_Ack();    //等待应答 while(len){if(len ==1) *buf=IIC_Read_Byte(0); //读数据,发送nACK else  *buf = IIC_Read_Byte(1); //读数据,发送ACKlen--;buf++;}          IIC_Stop();}/******************************************************************************** @brief IIC写一个字节* @param reg -寄存器地址 * @param data - 数据
*******************************************************************************/
void Tcs3415_WriteByte(u8 reg, u8 data)
{IIC_Start();  IIC_Send_Byte(TCS3415_ADDRESS<<1 |0);IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(reg);//CMD + addr,写入模式和寄存器地址IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(data);IIC_Wait_Ack();IIC_Stop();
}
/******************************************************************************** @brief IIC读一个字节* @param reg -寄存器地址 * @param 返回值 -读到的数据 *
*******************************************************************************/
u8 Tcs3415_ReadByte(u8 reg)
{u8 temp ;      IIC_Start();  IIC_Send_Byte(TCS3415_ADDRESS<<1 | 0);   //发送器件地址+写命令      IIC_Wait_Ack();IIC_Send_Byte(reg);//CMD + addr,写入模式和寄存器地址IIC_Wait_Ack();IIC_Start();IIC_Send_Byte(TCS3415_ADDRESS<<1 | 1);  //发送器件地址+读命令IIC_Wait_Ack();temp = IIC_Read_Byte(1);IIC_Stop();return temp;
}/********************************************************************
*@brief:           Tcs3415_Set_TimingReg
*@description: 设置触发模式或积分时间
*@param:       u8
*@return: void
********************************************************************/
void Tcs3415_Set_TimingReg(u8 time)
{Tcs3415_WriteByte(TCS3415_TIMING,time);// 设置运行模式 ffree模式400ms
}/********************************************************************
*@brief:           Tcs3415_Set_Gain
*@description: 设置增益
*@param: void
*@return: void
********************************************************************/
void Tcs3415_Set_Gain(u8 gain)
{Tcs3415_WriteByte(TCS3415_GAIN,gain); //0x07 ADC增益控制寄存器的地址，//放大倍数为16和1分频
}
/********************************************************************
*@brief:           Tcs3415_Set_EnableADC
*@description: 启动ADC转换
*@param: void
*@return: void
********************************************************************/
void Tcs3415_Set_EnableADC(void)
{u8 cmd = TCS3415_CONTROL_ADCon;Tcs3415_WriteByte(TCS3415_CONTROL, cmd);//(0x00 ,0x03),对应着control register的ADC使能位和上电（0000 0011）//
}/******************************************************************************** @brief TCS3415失能** @return None
*******************************************************************************/
void TCS34725_Disable(void)
{u8 cmd = 0;Tcs3415_WriteByte(TCS3415_CONTROL,cmd);cmd = cmd & ~TCS3415_CONTROL_ADCon;Tcs3415_WriteByte(TCS3415_CONTROL,cmd);
}/********************************************************************
*@brief:           Tcs3415_Init
*@description: 初始化Tcs3415_Init设备
*@param: void
*@return:      u8 初始化结果 0 成功 1 失败
********************************************************************/
void Tcs3415_Init(void)
{Tcs3415_Set_TimingReg(INTEG_PARAM_TIME_400ms);// 设置运行模式 ffree模式积分时间为400ms  示波器输出1000 0001Tcs3415_Set_Gain(GAIN_16|PRESCALER_1); //放大倍数为16和1分频Tcs3415_Set_EnableADC(); //启动ADC转换
}/******************************************************************************** @brief TCS3415获取单个通道数据** @return data - 该通道的转换值
*******************************************************************************/
uint16_t TCS3415_GetChannelData(u8 reg)
{u8 buf[2];u16 data;TCS3415_I2C_Read(TCS3415_ADDRESS,reg,2,buf);data = ((u16)buf[1] << 8) | buf[0];   return data;
}
/******************************************************************************** @brief TCS34725获取各个通道数据** @return
*******************************************************************************/
void TCS3415_GetRawData(void)
{u16 r,g,b,c;r = TCS3415_GetChannelData(TCS3415_RDATAL);  g = TCS3415_GetChannelData(TCS3415_GDATAL);b = TCS3415_GetChannelData(TCS3415_BDATAL);c = TCS3415_GetChannelData(TCS3415_CDATAL);//printf("\r\n Rdata = %d\n",r);printf("R=%d G=%d B=%d C=%d\r\n",r,g,b,c);delay_ms(50);
}

2.TCS3415配置程序 .h

#include "stm32f10x.h"
#ifndef TCS3415_H_
#define TCS3415_H_#define TCS3415_ADDRESS 0x49  //the I2C address for the color sensor
#define TCS3415_COMMAND 0x80
#define TCS3415_COMMAND_word  0xA0  //数据手册 P14 Tab3. 因为开启的是SMB read/write word 块功能 1010 0000//ADDRESS PART1  寄存器组的地址·基地址+偏移地址  =   0x80+偏移地址
#define TCS3415_CONTROL 0x80                    //基本功能控制
#define TCS3415_TIMING 0x81                         //积分时间
#define TCS3415_INTERRUPT 0x82                  //中断控制·
#define TCS3415_INTSOURCE 0x83                  //中断源
#define TCS3415_ID  0x84                                //0x04=TCS3415 产品编号/版本号
#define TCS3415_GAIN 0x87                               //ADC增益控制
#define TCS3415_BLOCK 0x8F                      //SMBus的模块读操作（通过17H10H）
#define TCS3415_GDATAL 0x90                         //ADC绿色通道低字节
#define TCS3415_GDATAH 0x91                         //绿色 高
#define TCS3415_RDATAL 0x92                         //红色 低
#define TCS3415_RDATAH 0x93                         //红色 高
#define TCS3415_BDATAL 0x94                         //蓝色 低
#define TCS3415_BDATAH 0x95                         //蓝色 高
#define TCS3415_CDATAL 0x96                         //清晰 低 0001 0110
#define TCS3415_CDATAH 0x97                       //清晰 高 0001 0111#define TCS3415_CONTROL_ADCon 0x03// TCS3415_CONTROL的偏移值  ->  ADC使能 and power on
#define TCS3415_CONTROL_POWER_ON 0x01// TCS3415_CONTROL的偏移值  ->  ADC不使能 但 power on #define ADC_VALID 0x10  //ADC有效。此只读字段表示ADC通道已完成一个积分周期。//Timing Register
#define INTEG_MODE_FREE 0x00    //积分器自由运行，积分时间为12ms
#define INTEG_PARAM_TIME_100ms 0x01   //积分器自由运行，积分时间为100ms
#define INTEG_PARAM_TIME_400ms 0x02   //积分器自由运行，积分时间为400ms#define INTEG_MODE_MANUAL 0x10 //通过EN手动控制积分 启动/停止
#define INTEG_MODE_SYN_SINGLE 0x20  //在由引脚同步启动2.4微秒后指定一个确切的内部定时同步整合周期
#define INTEG_MODE_SYN_MULTI 0x30   //在SYNC上集成指定数量的脉冲 最小同步宽度是50μs，SYNC in 必须至少3.6us /*SYNC in pulse count  1*///#define INTEG_PARAM_PULSE_COUNT1 0x30
#define INTEG_PARAM_PULSE_COUNT2 0x31       /* 2*/
#define INTEG_PARAM_PULSE_COUNT4 0x32       /* 4 */
#define INTEG_PARAM_PULSE_COUNT8 0x33       /* 8 */
#define INTEG_PARAM_PULSE_COUNT16 0x34      /* 16*/
#define INTEG_PARAM_PULSE_COUNT32 0x35      /* 32 */
#define INTEG_PARAM_PULSE_COUNT64 0x36      /* 64 */
#define INTEG_PARAM_PULSE_COUNT128 0x37     /* 32 */
#define INTEG_PARAM_PULSE_COUNT256 0x38     /* 64 *///Interrupt Control Register
//#define INTR_STOP 40
#define INTR_DISABLE 0x00                 /* 禁用中断输出 */
#define INTR_LEVEL 0x10                   /* 电平中断 */
#define INTR_PERSIST_EVERY 0x00   /* 每个ADC周期产生中断 */  //中断的持久性，控制中断主处理器的速度
#define INTR_PERSIST_SINGLE 0x01    /*  阈值范围以外的值*///Interrupt Souce Register  只能选择4个ADC中断通道的一个来产生中断
#define INT_SOURCE_GREEN 0x00       /* Green channel */
#define INT_SOURCE_RED 0x01         /* Red channel  */
#define INT_SOURCE_BLUE 0x10        /* Blue channel  */
#define INT_SOURCE_CLEAR 0x03       /* Clear channel  *///Gain Register   以下的两种可以  | 起来配合使用
//最灵敏的增益设置是：增益设置为11b（64x），预分频设置为000b（1分频）时
// 最不灵敏的部件设置为1x和64分频，如果此时仍是数字饱和度在最敏感的设置，可以降低积分时间。
#define GAIN_0 0x00    /**<  No gain  */
#define GAIN_4 0x10    /**<  4x gain  */
#define GAIN_16 0x20   /**<  16x gain */
#define GANI_64 0x30   /**<  64x gain */
#define PRESCALER_1 0x00     /**<  Divide by 1  */
#define PRESCALER_2 0x01     /**<  Divide by 2 */
#define PRESCALER_4 0x02         /**<  Divide by 4  */
#define PRESCALER_8 0x03         /**<  Divide by 8  */
#define PRESCALER_16 0x04        /**<  Divide by 16  */
#define PRESCALER_32 0x05        /**<  Divide by 32  */
#define PRESCALER_64 0x06        /**<  Divide by 64  */void TCS3415_I2C_Write(u8 slaveAddress, u8 reg,u8 len, u8 *buf);
void TCS3415_I2C_Read(u8 slaveAddress, u8 reg,u8 len,u8 *buf);
void Tcs3415_WriteByte(u8 reg, u8 data);
u8 Tcs3415_ReadByte(u8 reg);void Tcs3415_Init(void);
void Tcs3415_Set_TimingReg(u8 time);void Tcs3415_Set_Gain(u8 gain);
void Tcs3415_Set_EnableADC(void);
void TCS34725_Disable(void);uint16_t TCS3415_GetChannelData(u8 reg);
void TCS3415_GetRawData(void);#endif

3.其它程序

该程序是在STM32F103的IIC例程上修改的，加入了TCS3415的配置程序，其它的系统配置不需要改变。只需要在主函数中初始化传感器（Tcs3415_Init();）和调用TCS3415_GetRawData函数即可。

六、程序验证

1.示波器调试观察程序

经过大佬的指点，小菜鸟才知道可以通过示波器来调试程序，观察程序的IIC通信是否存在问题！！！（