【Timer】超声波测距 | STM32基础教程

下载例程代码：

下载代码(CubeIDE)

下载代码(Keil)

注意

CubeIDE：请按照 例程使用方法🔗 导入例程，否则下载的可能不是例程而是其他工程。

Keil：请使用 ArmCC V6 编译，否则可能会出现编译错误。点击此处查看切换编译器方法🔗

HC-SR04 超声波模块简介

HC-SR04 工作原理

模块有2个超声波换能器（如图所示），一个发出声波，另一个接收物体反射回来的声波，这中间所经过的时间即声波传播的时间，再结合声速就能计算出：

距离 = 声速 * 时间 ÷ 2

如何使用HC-SR04模块

模块具有4个引脚，除了电源外，有TRIG、ECHO两个引脚需要操作：

首先，向TRIG引脚发送一个高电平脉冲，来触发模块输出声波
记录ECHO引脚输出高电平的时间，即声波的飞行时间
距离 = 声速(340m/s) * 声波的飞行时间 ÷ 2

信息

更多资料请查看 资料包 -> 配套模块资料 -> 超声波测距HC-SR04-P

如何使用例程

下载程序，并连接硬件，即可看到效果

硬件连接

使用配套TYPE-C数据线，将学习板连接到计算机

需要使用：4P杜邦线、超声波模块
连接模块时请核对好线序：

循迹模块	学习板
VCC	VCC
TRIG	A11
ECHO	A10
GND	GND

程序效果

直接观察oled即可看到测距结果

打开波特律动串口助手 (baud-dance.com) 在线串口调试助手，点击“选择串口”，选择USB Single Serial
将超声波模块对准一个平面（量程 2 - 400 cm），可以在串口助手看到测距结果

例程讲解

下面介绍了如何自己实现该例程的功能

1、工程配置

开启外部晶振：在Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator

配置时钟频率：在Clock Configuration 页面，将PLL Source 选择为 HSE，将System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在HCLK (MHz) 输入72并回车，将HCLK频率配置为 72 MHz

分配引脚：在Pinout&Configuration页面，将PA11、PA10分别配置为GPIO_Output、TIM1_CH3，并将PA11命名为TRIG
配置TIM1：在Pinout&Configuration -> Timers -> TIM1
打开I²C外设：Pinout&Configuration -> Connectivity -> I2C1，将I2C模式选择为I2C
打开串口2外设：Pinout&Configuration -> Connectivity -> USART2，将Mode选择为Asynchronous
启用float打印：在cubeIDE菜单栏中，Project Properties -> C/C++ Build -> Settings -> Tool Settings -> MCU Settings，勾选Use float with printf ... -nano

注意

默认情况下，sprintf 函数不能打印小数。因此我们需要配置一下编译器，使其能够打印小数

2、代码

引用头文件
因为需要打印输出变量，所以应该引用几个头文件：

C语言

1#include "stdio.h"
2#include "string.h"
3#include "oled.h"

定义变量

C语言

1uint8_t echo_flag = 0;                     // 捕获标志位
2uint16_t rising_cnt = 0, falling_cnt = 0;  // 上升沿、下降沿数值
3char buf_uart[32] = {0};                   // 串口发送字符串
4char buf_oled[30] = {0};                   // oled显示字符串

初始化oled

C语言

1HAL_Delay(20);
2OLED_Init();

触发测量
将TRIG引脚拉高至少10us后拉低，触发测量

C语言

1// 触发
2HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, 1);
3HAL_Delay(5);
4HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, 0);

打开脉冲捕获
先清零变量
__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY 配置为上升沿捕获
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim1, TIM_CHANNEL_3) 开始捕获

C语言

1// 清零
2rising_cnt = 0;
3falling_cnt = 0;
4echo_flag = 0;
5__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim1, 0);
6// 开始捕获
7__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim1, TIM_CHANNEL_3, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
8HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim1, TIM_CHANNEL_3);

重定义输入捕获中断函数
- 捕获到边沿时，Timer会自动记录当前的计数值，通过__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY函数即可获取
- 捕获到上升沿时，立即配置成下降沿捕获，以捕获下降沿
- 将上升沿、下降沿的值分别保存到变量rising_cnt、falling_cnt

C语言

1void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
2{
3  if (htim == &htim1 && htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_3)
4  {
5    // 捕获到上升沿
6    if (!echo_flag)
7    {
8      rising_cnt = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_3);
9      echo_flag = 1;
10      __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_3, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING);
11    }
12    // 捕获到下降沿
13    else
14    {
15      falling_cnt = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_3);
16      echo_flag = 0;
17      __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_3, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
18    }
19  }
20}

计算距离
- 当rising_cnt、falling_cnt都捕获完成时，计算距离

C语言

1// 等待完成
2for (uint16_t i = 0; i < 150; i++)
3{
4  if (rising_cnt != 0 && falling_cnt != 0)
5  {
6  // 计算距离
7  // 定时器每1us计数1次，因此 距离=计数*0.34/2（毫米）
8  float distance = (falling_cnt - rising_cnt) * 0.017;
9  // 构造字符串
10  sprintf(buf_uart, "Distance: %.2f cm\r\n", distance);
11  sprintf(buf_oled, "%.2f cm", distance);
12  break;
13  }
14  HAL_Delay(1);
15}

显示数据
- 通过oled显示以及串口发送结果

C语言

1// 串口发送数据
2HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)buf_uart, strlen(buf_uart), 1000);
3// oled显示数据
4OLED_NewFrame();
5OLED_PrintString(32, 0, "Distance", &font16x16, OLED_COLOR_NORMAL);
6OLED_PrintString(32, 26, "NULL", &font16x16, OLED_COLOR_NORMAL);    // 未连接显示NULL
7OLED_PrintString(30, 26, buf_oled, &font16x16, OLED_COLOR_NORMAL);
8OLED_ShowFrame();

停止捕获

C语言

1// 停止捕获
2HAL_TIM_IC_Stop_IT(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
3HAL_Delay(500);