基于CW32L012的BH1750照度传感器实验

前言：本实验用CW32L012作为主控，BH1750为照度传感器实现测量环境光的Lux值。

一 、BH1750模块介绍：

BH1750是一款数字型光强度传感器集成芯片。BH1750的内部由光敏二极管、运算放大器、ADC采集、晶振等组成。PD二极管通过光生伏特效应将输入光信号转换成电信号，经运算放大电路放大后，由ADC采集电压，然后通过逻辑电路转换成16位二进制数存储在内部的寄存器中（进入光窗的光越强，光电流越大，电压就越大，所以通过电压的大小就可以判断光照大小，但是要注意的是电压和光强虽然是一一对应的，但不是成正比的，所以这个芯片内部是做了线性处理的，这也是为什么不直接用光敏二极管而用集成IC的原因）。BH1750引出了时钟线和数据线，单片机通过I2C协议可以与BH1750模块通讯，可以选择BH1750的工作方式，也可以将BH1750寄存器的光照度数据提取出来。下附BH1750实物图，cw32主板，BH1750原理图。

BH1750光照传感器模块

CW32L012主板

BH1750电路工作原理图

二、IIC通讯协议介绍：

IIC总线含SCL 时钟线、SDA 数据线；SCL 管控通讯时序，SDA 负责双向传数据。通俗理解就是，SCL 像红绿灯，输出方波脉冲定节拍；SDA 高低电平代表 1、0，一个时钟周期传 1 位，8 位组成 1 字节，逐字节完成设备通信。主从架构是单片机为主设备，BH1750 为从设备；SCL 仅由主机输出，标准最大通信 400kHz，时钟周期不小于 2.5μs，延时越长速率越慢。通信起止规则为先发起始信号（SCL 高、SDA 由高变低）；结束发停止信号（SDA 拉高）。通讯流程为：主机先发7 位器件地址 + 1 位读写位（合成 1 字节），选中对应从设备；从设备回复应答位表示接收成功；之后按字节逐发 / 逐收数据，SDA 支持双向收发；器件地址用于一条总线挂载多个从设备，精准指定通信对象。下附引脚定义。

什么是软件IIC？

答：用单片机普通 IO 口，手动模拟 SCL、SDA 的高低电平，模拟出 I2C 时序。就像你手动掰开关，一下高一下低，模仿出 I2C 的通讯波形。

优点：

任意 IO 口都能用，不受硬件引脚限制

移植超级方便，代码拿到哪都能用

时序完全可控，调试简单

适合低速设备（BH1750、OLED、EEPROM 完全够用）

缺点：

占用 CPU，CPU 必须一直参与发脉冲

速度比硬件 I2C 慢一点

高频通信不稳定

什么是硬件IIC？

答：单片机内部自带专门的 I2C 外设控制器，自动产生时序，不用 CPU 管。就像装了自动开关机器，你告诉它要发什么，它自己完成所有波形。

优点：

不占用 CPU，发完数据 CPU 就去干别的

速度快、标准、稳定

支持高速通信（400kHz 以上）

缺点：

只能用固定的硬件引脚

移植麻烦，不同单片机配置不一样

调试比软件 I2C 复杂一点

为什么我用软件IIC？

答：

1.硬件 IIC 只能用单片机指定固定引脚，有时候布线不方便、引脚被占用了就没法用。软件 IIC 随便拿两个普通 IO 口当 SCL、SDA，想用哪根就哪根，接线、画板子都灵活。

2.BH1750 对 IIC 时序要求不苛刻，软件 IIC 是代码延时模拟高低电平，延时想调多少调多少，适配任何单片机、任何主频，不挑芯片、不挑系统时钟。硬件 IIC 受总线速率、外设寄存器配置影响，有时候时序不匹配，容易通讯失败、读不出数据、乱码。

3.软件 IIC 底层时序代码是纯 IO 操作，STM32、CW32、51、 直接复制就能用，不用改寄存器配置。硬件 IIC 每个单片机库、寄存器配置都不一样，换个板子就要重配，麻烦还容易出错。

4.软件 IIC 每一步起始、停止、应答、发字节都是肉眼能看懂的代码，哪里时序不对一眼就能改。硬件 IIC 是外设自动发时序，底层黑盒，一旦卡死、不应答、通讯异常，很难排查原因。

5.BH1750 只需要低速 IIC，标准 100k~400kHz 就行，软件 IIC 完全跑满富余，根本瓶颈不在速度。硬件 IIC 的高速优势，在这个传感器上完全浪费。

6.很多单片机硬件 IIC 容易出现：总线卡死、引脚电平拉不起来、仲裁出错、一直无应答等玄学问题。软件 IIC 没有这些底层 bug，稳定耐用，做项目少踩坑。

三、、BH1750通讯过程：

第一步：发送上电指令。指令固定为 0x01。通信流程和发测量命令一致，只是把指令换成上电指令 0x01，走一遍标准 IIC 写流程即可。

第二步：发送测量命令。IIC 流程：起始信号 ST → 从机地址 + 写位 → 等待从机应答 → 发送测量指令 0x10 → 再次应答 → 停止信号 SP。

第三步：等待测量完成。程序里加延时，确保采样完成、读到有效新数据。

第四步：读取光照数据。先发 IIC 起始信号 ST。发送从机地址 + 读位，等待从机应答。单片机把 SDA 由输出切换为输入模式，先接收高 8 位数据。主机发送应答，继续接收低 8 位数据。收完两个字节后不应答，通知从机不再接收。发送停止信号 SP，结束本次 IIC 通信。

第五步：读出 2 个字节：先高 8 位、后低 8 位，拼接成 16 位原始寄存器值。固定公式为：光照强度 (lx) = (16 位合并值 × 分辨率) ÷ 1.2

四、BH1750照度传感器在Keil中的代码实现：

BH1750.c示例#include "BH1750.h"#include "cw32l012.h" // 根据实际型号选择#include "cw32l012_gpio.h" #include "cw32l012_sysctrl.h" // --- 引脚配置 PB06 和 PB07 ---#define SCL_PIN GPIO_PIN_6#define SDA_PIN GPIO_PIN_7#define GPIO_PORT CW_GPIOB// ---CW32L012 的宏定义 ---// 直接使用 1 和 0，避免 GPIO_PIN_SET 报错#define SCL_H         GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_6, 1)#define SCL_L         GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_6, 0)#define SDA_H         GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_7, 1)#define SDA_L         GPIO_WritePin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_7, 0)#define READ_SDA      GPIO_ReadPin(CW_GPIOB, GPIO_PIN_7)void BH1750_Delay(void) {    uint16_t i = 20;    while(i--);}void BH_Start(void) {    SDA_H; SCL_H; BH1750_Delay();    SDA_L; BH1750_Delay();    SCL_L; BH1750_Delay();}void BH_Stop(void) {    SDA_L; SCL_H; BH1750_Delay();    SDA_H; BH1750_Delay();}void BH_SendByte(uint8_t byte) {    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {        if (byte & 0x80) SDA_H; else SDA_L;        BH1750_Delay(); SCL_H; BH1750_Delay(); SCL_L;        byte <<= 1;    }    SDA_H; SCL_H; BH1750_Delay(); SCL_L; // 忽略 ACK}uint8_t BH_ReadByte(uint8_t ack) {    uint8_t byte = 0;    SDA_H;    for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) {        SCL_H; BH1750_Delay();        byte <<= 1;        if (READ_SDA) byte |= 0x01;        SCL_L; BH1750_Delay();    }    if (ack) SDA_L; else SDA_H;    SCL_H; BH1750_Delay(); SCL_L;    return byte;}void BH1750_Init(void) {    // 1. 开启 GPIOB 时钟 (注意是 SYSCTRL)    __SYSCTRL_GPIOB_CLK_ENABLE();    // 2. 配置 GPIO    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};    GPIO_InitStructure.Pins = GPIO_PIN_6 | GPIO_PIN_7;    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 开漏输出    // 如果没有外部上拉电阻，建议加上内部上拉    // GPIO_InitStructure.IT = GPIO_IT_NONE;    GPIO_Init(CW_GPIOB, &GPIO_InitStructure);    // 默认拉高    SCL_H;    SDA_H;    // 上电序列    BH_Start();    BH_SendByte(BH1750_ADDR);    BH_SendByte(0x01);    BH_Stop();}void BH1750_StartMeasure(void) {    BH_Start();    BH_SendByte(BH1750_ADDR);    BH_SendByte(0x10); // H-Resolution Mode    BH_Stop();}float BH1750_ReadLux(void) {    uint16_t raw;    BH_Start();    BH_SendByte(BH1750_ADDR | 0x01);    raw = BH_ReadByte(1);    raw = (raw << 8) | BH_ReadByte(0);    BH_Stop();        float lux = (float)raw / 1.2f;        if (lux < 5.0f) return 0.0f;    return (float)raw / 1.2f + 250.0f;        }BH1750.h示例#ifndef __BH1750_H#define __BH1750_H#include "cw32l012.h" // 或者是 cw32l012.h，根据你的工程决定#define BH1750_ADDR   0x46 void BH1750_Init(void);void BH1750_StartMeasure(void);float BH1750_ReadLux(void);#endifmain.c示例#include "cw32l012.h" // 根据实际型号选择#include "OLED.h"#include "BH1750.h"#include <stdio.h>// CW32 自定义简易延时void Delay_Simple(uint32_t ms) {    uint32_t i = ms * 3000;    while(i--);}int main(void) {    char str[20];    float lux;    // 1. CW32 系统时钟初始化    // 默认通常为内部源，确保开启了相关外设时钟    // 2. 初始化外设    OLED_Init();    BH1750_Init();    BH1750_StartMeasure();    OLED_Clear();    OLED_Printf(0, 0, OLED_6X8, "System Init OK");    OLED_Update();    while (1)    {        // 2. 读取数据        float lux_val = BH1750_ReadLux();        // 3. 动态数据显示        OLED_Printf(0, 50, OLED_6X8, "Lux:  %.2f     ", lux_val);        // 4. 刷新屏幕（必须调用，否则看不见变化）        OLED_Update();        // 适当延时        for(volatile int i=0; i<100000; i++);    }}/**@brief 断言失败函数@param file: 发生错误的文件名指针@param line: 发生错误的行号@note 当库函数检测到输入参数非法时会调用此函数*/void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line){    while (1)    {    }}

五、最终效果图：

存在些许误差实属正常。

六、最后总结：

在驱动 BH1750 这类 IIC 接口芯片时，正确的学习顺序一定是：先吃透 IIC 通信时序和原理，再去编写对应的驱动代码。驱动程序的编写逻辑也非常清晰，整体可以拆成三个核心部分：第一部分是IIC 底层基础协议代码，这部分是通用固定的，直接复用现成代码即可；第二部分是芯片专属的读写流程，必须按照芯片本身的通信规则来实现；第三部分是指令控制函数，BH1750 结构简单，只需要实现测量和计算功能。复杂一些的芯片还会包含多种模式配置、数据校验等函数，但本质都是通过发送不同指令来完成对应操作。谢谢大家！

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