使用STM32F407控制5路超声波传感器
最近在做小车避障的功能，需要用STM32F407控制5个传感器，结合板子的示例程序，调试了一段时间，终于成功读出5路传感器的测距信息。
传感器原理不详细说了，基本上从Trig脚给一个脉宽10us以上的脉冲，然后发射探头发出8个40KHz的脉冲，检测到回波后，从Echo管脚输出高电平，高电平的持续时间与距离值关系为：(高电平时间*340m/s)/2。使用中，只要采集到Echo脚高电平的持续时间，就能测距了。
在STM32F407上测量某一管脚的电平持续时间需要使用定时器的捕获功能（不知道有没有更简单的实现方法），查了手册，对于捕获模式的解释：在输入捕获模式下，当相应的ICx 信号检测到跳变沿后，将使用捕获/比较寄存器(TIMx_CCRx)来锁存计数器的值。发生捕获事件时，会将相应的CCXIF 标志（TIMx_SR 寄存器）置1，并可发送中断或DMA 请求（如果已使能）。如果发生捕获事件时CCxIF 标志已处于高位，则会将重复捕获标志CCxOF（TIMx_SR 寄存器）置1。可通过软件向CCxIF 写入0 来给CCxIF清零，或读取存储在TIMx_CCRx寄存器中的已捕获数据。向CCxOF 写入0 后会将其清零。其实就是在上升沿和下降沿分别记录定时器计数器的值，其差值相当于脉冲宽度。关于指点，网上找的图可以较清晰地表达：
首先设置定时器通道 x 为上升沿捕获，这样， t1 时刻，就会捕获到当前的 CNT 值，然后立即清零 CNT，并设置通道 x为下降沿捕获，这样到 t2 时刻，又会发生捕获事件，得到此时的 CNT 值，记为 CCRx2。 这样，根据定时器的计数频率，可以算出 t1~t2 的时间，从而得到高电平脉宽。 在t1~t2时，可能计数器会超过设定值arr，产生定时器溢出，这样就要对定时器溢出处理。最终，如图所示，t1~t2之间，CNT计数的次数等于：N*ARR+CCRx2，有了这个计数次数，再乘以 CNT 的计数周期，即可得到 t2-t1 的时间长度，即高电平持续时间。
我用了TIM2和TIM5两个定时器，这两个定时器可提供8路通道，我用了5个。其中TIM5的CH2通道被占用，只要开中断就会不停进中断服务程序，故不用。定时器的设置是最重要的部分，放在TIM_Cap_Init（）中，代码流程如下：
首先配置TIM2和TIM5的中断优先级（NVIC_InitStructure），注册中断类型。然后配置TIM2和TIM5对应通道时钟，使能TIM时钟和GPIO时钟，配置GPIO工作模式（GPIO_Init），包括管脚、下拉、功能、速度等，再将管脚复用映射到对应定时器上（GPIO_PinAFConfig）。设置定时器的计数频率和计数模式等（TIM_TimeBaseInit）。之后设置捕获参数（TIM_ICInit）：上升沿捕获、分频、滤波、用到的通道等等。设置完成后允许中断（TIM_ITConfig），使能定时器（TIM_Cmd），定时器开始计数。
当进入中断服务程序时，先判断引起中断的类型，如果是某个通道引起的中断，调用单通道捕获处理函数，否则表示update中断，需要清除中断标志位。根据实际情况，上电时进入中断服务程序，中断类型TIM_IT_Update，要是不清除标志位，会不停进入中断。中断服务程序代码：
void TIM5_IRQHandler(void)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_Update); //Çå³ýÖжϱê־λ
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)
{
SingleChannelHandler( &TIM5CH1);
}
if(TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC3) !=RESET)
{
SingleChannelHandler( &TIM5CH3);
}
}void TIM2_IRQHandler(void)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update); //Çå³ýÖжϱê־λ
if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC2) != RESET)
{
SingleChannelHandler( &TIM2CH2);
}
if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC3) !=RESET)
{
SingleChannelHandler( &TIM2CH3);
}
if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_CC4) !=RESET)
{
SingleChannelHandler( &TIM2CH4);
}
}void SingleChannelHandler(TIM_CAPTURE * tch )
{
if((tch->CAPTURE_STA&0X80)==0)//»¹Î´³É¹¦²¶»ñ
{
if(TIM_GetITStatus(tch->timX, TIM_IT_Update) != RESET)//Òç³ö
{
if(tch->CAPTURE_STA&0X40)//ÒѾ²¶»ñµ½¸ßµçƽÁË
{
if((tch->CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//¸ßµçƽ̫³¤ÁË
{
tch->CAPTURE_STA|=0X80; //±ê¼Ç³É¹¦²¶»ñÁËÒ»´Î
tch->CAPTURE_VAL=0XFFFFFFFF;
}else tch->CAPTURE_VAL++;
}
}
if(TIM_GetITStatus(tch->timX, tch->TIM_IT_CCX) != RESET)//²¶»ñ1·¢Éú²¶»ñʼþ
{
if(tch->CAPTURE_STA&0X40) //ÒѾ²¶»ñµ½¸ßµçƽ£¬±¾´Î²¶»ñµ½Ï½µÑØ
{
tch->CAPTURE_STA|=0X80; //±ê¼Ç³É¹¦²¶»ñµ½Ò»´Î¸ßµçƽÂö¿í
//tch->CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(tch->timX);//»ñÈ¡µ±Ç°µÄ²¶»ñÖµ.
switch( tch->TIM_IT_CCX ) // ¸ù¾Ý²»Í¬Í¨µÀÑ¡Ôñº¯Êý
{
case TIM_IT_CC1:
tch->CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(tch->timX);//»ñÈ¡µ±Ç°µÄ²¶»ñÖµ.
TIM_OC1PolarityConfig(tch->timX,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 ÉèÖÃΪÉÏÉýÑز¶»ñ
break;
case TIM_IT_CC2:
tch->CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture2(tch->timX);//»ñÈ¡µ±Ç°µÄ²¶»ñÖµ.
TIM_OC2PolarityConfig(tch->timX,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 ÉèÖÃΪÉÏÉýÑز¶»ñ
break;
case TIM_IT_CC3:
tch->CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture3(tch->timX);//»ñÈ¡µ±Ç°µÄ²¶»ñÖµ.
TIM_OC3PolarityConfig(tch->timX,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 ÉèÖÃΪÉÏÉýÑز¶»ñ
break;
case TIM_IT_CC4:
tch->CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture4(tch->timX);//»ñÈ¡µ±Ç°µÄ²¶»ñÖµ.
TIM_OC4PolarityConfig(tch->timX,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 ÉèÖÃΪÉÏÉýÑز¶»ñ
break;
default:
break;
}
//printf(" tch->TIM_IT_CCX = %d ",tch->TIM_IT_CCX); //´òÓ¡×ܵĸߵãƽʱ¼ä
//TIM_OC1PolarityConfig(tch->timX,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 ÉèÖÃΪÉÏÉýÑز¶»ñ
}else //»¹Î´¿ªÊ¼,µÚÒ»´Î²¶»ñÉÏÉýÑØ
{
tch->CAPTURE_STA=0; //Çå¿Õ
tch->CAPTURE_VAL=0;
tch->CAPTURE_STA|= 0X40; //±ê¼Ç²¶»ñµ½ÁËÉÏÉýÑØ
TIM_Cmd(tch->timX,DISABLE ); //¹Ø±Õ¶¨Ê±Æ÷
TIM_SetCounter(tch->timX,0);
// printf(" tch->CAPTURE_STA = %d ",tch->CAPTURE_STA); //´òÓ¡×ܵĸߵãƽʱ¼ä
//TIM_OC1PolarityConfig(tch->timX,TIM_ICPolarity_Falling); //CC1P=1 ÉèÖÃΪϽµÑز¶»ñ
switch( tch->TIM_IT_CCX )
{
case TIM_IT_CC1:
TIM_OC1PolarityConfig(tch->timX,TIM_ICPolarity_Falling); //CC1P=0 ÉèÖÃΪÉÏÉýÑز¶»ñ
break;
case TIM_IT_CC2:
TIM_OC2PolarityConfig(tch->timX,TIM_ICPolarity_Falling); //CC1P=0 ÉèÖÃΪÉÏÉýÑز¶»ñ
break;
case TIM_IT_CC3:
TIM_OC3PolarityConfig(tch->timX,TIM_ICPolarity_Falling); //CC1P=0 ÉèÖÃΪÉÏÉýÑز¶»ñ
break;
case TIM_IT_CC4:
TIM_OC4PolarityConfig(tch->timX,TIM_ICPolarity_Falling); //CC1P=0 ÉèÖÃΪÉÏÉýÑز¶»ñ
break;
default:
break;
}
TIM_Cmd(tch->timX,ENABLE ); //ʹÄܶ¨Ê±Æ÷s
}
}
}
TIM_ClearITPendingBit(tch->timX, tch->TIM_IT_CCX | TIM_IT_Update); //Çå³ýÖжϱê־λ
}
首先自定义了标志字CAPTURE_STA，共8位，最高位D7=1表示成功捕获到高电平脉宽，即捕获到上升沿后又捕获到下降沿，D6=1表示捕获到上升沿，D5~D0表示定时器溢出次数。CAPTURE_STA初始为0，程序开始判断是否成功捕获，未成功捕获则继续，这样捕获成功后就不再执行了。然后判断捕获类型，如果是某个通道引起的，则查看标志字，如果D6=0，说明是由于首次捕获到上升沿而进入中断，设置D6=1，计数器清零，然后配置捕获下降沿，这样再次进入中断时，可以看到标志字D6=1，说明此时捕获到了下降沿，读取计数器的值，可获得高电平时间。如果进入中断的类型是TIM_IT_Update，说明定时器计数溢出，根据之前定时器的设置，TIM2和TIM5均为1us累加1次，32位的定时器，溢出需要4292s，这样现实中是不会出现的，所以可以不做处理，但是为了以防万一，强制设置捕获成功。
在main函数中循环判断CAPTURE_STA状态，成功捕获后读取计数值可以计算出距离信息，将结果通过串口打印出来，如图：
5个传感器能检测到距离信息，下一步考虑准备安装在小车上了。