STM32F1系列超声波测距程序
STM32F1系列超声波测距程序
因为自己做毕设的缘故，用到超声波HCSR04模块，在网上查找了相关的代码，发现关于超声波测距大体上有两种写法。在自己调试改进后，想把这两种方法都贴出来，和大家一起讨论学习。
对了，我用的是STM32F103ZET6。
超声波测距原理
首先还是简单介绍下超声波测距原理。
(1)超声波模块的TRIG引脚给最少10us高电平信号，触发测距。
(2)模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；
(3)有信号返回， 通过ECHO口输出一个高电平， 高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。
测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。
因此只要检测ECHO连接的单片机引脚高电平持续时间 便可以得到超声波从发射到返回的时间。
两种检测时间方法思路
这边简单讲讲两种方法思路。
第一种方法是采用定时器的输入捕获功能，直接将ECHO引脚接到STM32具有输入捕获功能的管脚，配置好定时器输入捕获功能，就可以读取到高电平时间。
第二种方法思路类似，只不过不采用输入捕获，直接配置好一个定时器，当判断ECHO接的单片机引脚有高电平时，打开定时器；当高电平结束后，关闭定时器。然后读取定时器一共定时多少时间从而获得高电平时间。
这两种方法我都试了，超声波模块的测距都没有问题，第二种方法思路似乎比较清楚（我个人觉得），但是第一种方法明显更加简便(因为直接应用了STM32定时器自带的功能）。
说到底难点还是在定时器配置这块，建议大家多看看手册和参考资料。
关键代码
方法一：定时器输入捕获
在这一方法中，我是将PA1的定时器5通道2作为输入捕获通道，也就是将ECHO接到PA1
TRIG接到了PC1作为触发
主程序main.c部分
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "timer.h"
#include "hcsr04.h"
extern u8 TIM5CH2_CAPTURE_STA; //输入捕获状态
extern u16 TIM5CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
int main(void)
{
u32 temp=0;
float distance = 0;
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
uart_init(115200); //串口初始化为115200
LED_Init(); //LED端口初始化
HCSR04_TRIG_Init();
TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1); //以1Mhz的频率计数
while(1)
{
delay_ms(300);
LED0 = !LED0;
HCSR04_TRIG_Send();
if(TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕获到了一次上升沿
{
temp=TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X3F;
temp*=65536;//溢出时间总和
temp+=TIM5CH2_CAPTURE_VAL;//得到总的高电平时间
distance = (float)temp * 170 / 10000;
printf("HIGH:%d us\r\n",temp);//打印总的高点平时间
printf("distance:%.2f cm\r\n",distance);
TIM5CH2_CAPTURE_STA=0;//开启下一次捕获
}
}
}
定时器配置timer.c部分
TIM_ICInitTypeDef TIM5_ICInitStructure;
void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE); //使能TIM5时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能GPIOA时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //PA1 清除之前设置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA1 下拉输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1);
//初始化定时器5 TIM5
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //预分频器
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //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(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
//初始化TIM5输入捕获参数
TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_2; //通道2
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; //上升沿捕获
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1; //配置输入分频,不分频
TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 5;//滤波系数为5
TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);
//中断分组初始化
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn; //TIM5中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //先占优先级2级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //从优先级0级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC2,ENABLE);//允许更新中断 ,允许CC2IE捕获中断
TIM_Cmd(TIM5,ENABLE ); //使能定时器5
}
u8 TIM5CH2_CAPTURE_STA=0; //输入捕获状态
u16 TIM5CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
//定时器5中断服务程序
void TIM5_IRQHandler(void)
{
if((TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获
{
if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)
{
if(TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
{
if((TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
{
TIM5CH2_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
TIM5CH2_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
}else TIM5CH2_CAPTURE_STA++;
}
}
if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC2) != RESET)//捕获2发生捕获事件
{
if(TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X40) //捕获到一个下降沿
{
TIM5CH2_CAPTURE_STA|=0X80; //标记成功捕获到一次上升沿
TIM5CH2_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture2(TIM5);
TIM_OC2PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC2P=0 设置为上升沿捕获
}else //还未开始,第一次捕获上升沿
{
TIM5CH2_CAPTURE_STA=0; //清空
TIM5CH2_CAPTURE_VAL=0;
TIM_SetCounter(TIM5,0);
TIM5CH2_CAPTURE_STA|=0X40; //标记捕获到了上升沿
TIM_OC2PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling); //CC2P=1 设置为下降沿捕获
}
}
}
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC2|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}
超声波初始化代码
#include "hcsr04.h"
#define TRIG PCout(1)
void HCSR04_TRIG_Send(void)
{
TRIG = 1;
delay_us(20); //延时20US
TRIG = 0;
}
void HCSR04_TRIG_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1; //PC1接TRIG
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //设为推挽输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); //初始化外设GPIO
}
方法二：定时器计时
这个方法中，我将TRIG接到PB6作为触发，ECHO接到PB7。只要检测PB7电平状态来开关定时器。
主函数main.c
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "lcd.h"
#include "HCSR04.h"
#include "usart.h"
int main(void)
{
float distance = 0;
delay_init(); //延时函数初始化
LED_Init(); //LED端口初始化
HCSR04_Init();
uart_init(115200);
while(1)
{
LED0 = !LED0;
delay_ms(1000);
distance = Get_Distance();
printf("%f \r\n",distance);
}
}
HCSR04模块配置和定时器配置
#include "HCSR04.h"
#define TRIG PBout(6)
#define ECHO PBin(7)
u8 msHcCount = 0;//ms计数
void HCSR04_Init(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; //发送电平引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; //返回电平引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //浮空输入
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7);
TIM_DeInit(TIM3);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (1000-1); //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1000为1ms
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =(72-1); //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 1M的计数频率 1US计数
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;//不分频
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_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update); //清除更新中断，免得一打开中断立即产生中断
TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update,ENABLE); //打开定时器更新中断
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn; //选择定时器3中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //抢占式中断优先级设置为0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //响应式中断优先级设置为0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能中断
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);
}
void TIM3_IRQHandler(void) //TIM3中断
{
if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查TIM3更新中断发生与否
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update ); //清除TIM3更新中断标志
msHcCount++;
}
}
static void Open_TIM3() //打开定时器
{
TIM_SetCounter(TIM3,0);//清除计数
msHcCount = 0;
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); //使能TIMx外设
}
static void Close_TIM3() //关闭定时器
{
TIM_Cmd(TIM3, DISABLE); //使能TIMx外设
}
u32 GetEchoTimer(void)
{
u32 t = 0;
t = msHcCount*1000;//得到MS
t += TIM_GetCounter(TIM3);//得到US
TIM3->CNT = 0; //将TIM2计数寄存器的计数值清零
delay_ms(50);
return t;
}
float Get_Distance(void)
{
int i = 0;
int t=0;
float distance = 0;
float sum = 0;
while(i!=5) //做五次取平均，滤波作用
{
TRIG = 1; //发送口高电平输出
delay_us(20);
TRIG = 0;
while(ECHO == 0); //等待接收口高电平输出入
Open_TIM3(); //打开定时器
i++;
while(ECHO == 1);
Close_TIM3(); //关闭定时器
t = GetEchoTimer(); //获取时间,分辨率为1US
distance = (float)t * 170 / 10000;//cm
sum = distance + sum ;
}
distance = sum/5.0;
return distance;
}
总结
两种方法大部分关键代码我都贴出来了，大家可以一起讨论学习，也可以自己试试。
下面放个调试成功的截图
