使用STM32定时器写超声波模块HC-SR04程序

  • 前言
  • 超声波模块小介绍
  • 原理和两种程序
  • 原理
  • 程序


前言

首先，来说说大伙常见的超声波模块，一般就俩，HC-SR04和HY-SRF05，这两种模块电路有些许不一样，但是就功能来说，没什么区别，甚至可以兼容用，所以也没必要纠结用哪一个，就我来说，遇到的一个小区别或者说小问题大概就是，貌似HY-SRF05有时候只能用5V供电，3.3V用不了？是不是都这样得看大家具体的情况。

本文用HC-SR04，关于这个超声波模块使用了两种程序，本次为使用定时器功能，完整程序和工程文件见文末，另外还有使用输入捕获的程序：常用模块原理程序秘技——超声波模块HC-SR04（2）。

超声波模块小介绍

超声波传感器道闸python编程代码 超声波hcsr04编程_超声波传感器道闸python编程代码

HC-SR04

超声波传感器道闸python编程代码 超声波hcsr04编程_嵌入式_02

HY-SRF05

电气参数：

超声波传感器道闸python编程代码 超声波hcsr04编程_超声波传感器道闸python编程代码_03

原理和两种程序

原理

下面是写程序的关键部分，时序图：

超声波传感器道闸python编程代码 超声波hcsr04编程_单片机_04

从这个图里面可以看到，首先你的主控MCU要发出触发信号给模块，这个触发信号有要求，必须是10us的高电平（当然你长一点点也可以），模块收到这个触发信号，它发射一个超声波脉冲信号到空气中，这个脉冲信号是频率40KHz的8个脉冲方波，经前方物体平面反射后，模块自己又接收到了这个脉冲信号，返回一个回响信号给主控MCU。

从发射起的时间点，输出回响信号由低电平变为高电平，接收到反射的时间点，输出回响信号又变回低电平。

所以，很简单可以看出，这个高电平的时间和超声波在空气中的传输时间有关，即和到反射物体的距离相关，并且是正相关。

这个高电平的时间和到反射物体的距离的关系为：
距离=时间*340/2

340是声速（如果你可以测出当下的声速最佳哈），单位M/S，所以算出的距离单位为M。

程序

重点来了，程序（本程序基于STM32F103，开发板是正点原子的迷你板），引脚连接（若你使用HY-SRF05，OUT引脚不连即可，无影响）：

MCU

HC-SR04

3.3V

VCC

PC5

Trig

PC4

Echo

GND

GND

首先Trig给模块一个10us的高电平，然后就可以计算时间，接着使用公式转换一下得到距离，计算时间的方式可以使用STM32的输入捕获，但是如果你仅仅使用这一个模块，可以简单一点，不使用输入捕获，仅使用定时器算个时间。本详解会给出两种程序并都解释！

首先第一种简单点的，初始化GPIO和定时器这里我用的TIM3。

这是对超声波模块引脚初始化的函数，触发信号TRIG引脚接PC5，回响信号ECHO接PC4。

void hc_sr04_init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC ,ENABLE);

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_5);//触发信号
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);//echo信号
	GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_4);
}

定时器TIM3初始化，定时器频率为72M/(71+1)=1MHz，自动重装值arr给65535是因为给了个CNT寄存器一个尽量可以记到最大的数（我给了最大的65535，虽然可能用不到哈）（注意和定时器中断给值的区别！）另外还有注意最后，不是给TIM3使能，是DISABLE。

//arr：自动重装值。
//psc：时钟预分频数
void TIM3_Int_Init()
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能

	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 65535; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值	 计数到5000为500ms
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =71; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  10Khz的计数频率  
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
 
	TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);  							 
}

这是得到回响信号时间的函数（划重点），首先给一个10us的高电平触发信号（我给了12us，可以多一点点！）。

后面这两个while循环，是判断回响信号的高低电平，若回响信号一直是低电平则会在第一个while内一直循环，给TIM3->CNT寄存器一个0值，同时保持失能TIM3。
当回响信号变为高电平时，来到了第二个while循环，会使TIM3保持使能有效状态，TIM3->CNT开始正常计数。
回响信号变回低电平后，来到了value=TIM_GetCounter(TIM3);这一句，这个时候获得TIM3->CNT寄存器的值，然后返回这个值。

u16 Gets(void)
{
	GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_5);
	delay_us(12);
	GPIO_ResetBits(GPIOC,GPIO_Pin_5);//高电平触发信号
	while(PCin(4)==0)
	{
		TIM_SetCounter(TIM3, 0);
		TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);
	}
	while(PCin(4)==1)
	{
		TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
	}
	value=TIM_GetCounter(TIM3);
	return value;
}

主程序中的while(1),仅第一句为得到距离，后面部分为显示信息在LCD显示屏上。
Get()函数的返回值为TIM3->CNT的值，这个值的大小计算了回响信号的高电平时间，定时器频率为1M，所以TIM3->CNT里的值加1的时间是1us,所以前面距离和时间的关系公式在程序里是如此的。
LCD的显示部分我将小数点往左移了三位，所以单位是米M。

int main(void)
{	
	delay_init();
	TIM3_Int_Init();
	LCD_Init();
	POINT_COLOR=RED; 
	hc_sr04_init();
	LCD_ShowString(80,100,200,24,24,"Distance");
	while(1)
	{
		distance=(Gets()*340/1000/2);	//单位mm
		LCD_ShowNum(100,150,distance/1000,1,24);
		LCD_ShowChar(112,150,'.',24,0);
		LCD_ShowNum(124,150,distance%1000/100,1,24);
		LCD_ShowNum(136,150,distance%100/10,1,24);
		LCD_ShowNum(148,150,distance%10,1,24);
		LCD_ShowString(160,150,24,12,24,"M");
		delay_ms(100);
	}
}

将以上的部分，加上变量的定义和函数的声明，即可完成程序。奉上完整工程。

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