HC-SR04 超声波原理图讲解与时序分析

导语

近期想自己做超声波模块，在网上找了很多资料，大多是笼统的讲解了一下，有的还是存在误导的数据，一怒之下干脆自己动手从新理一遍。

原理图

网上大多数流传的是类似这份电路图，但是市面上流行的是另一个加密的电路图（接收部芯片抹掉丝印），但是他们的工作原理基本是相同的。也就是放大–>选频（40KHz）–>放大–>比较。（具体的选频元件选取与设计参数本人也是半桶水，希望大神留言告知）

时序

比较脚拉低：NET9， 接收触发信号：NET10

上面的时序图拿逻辑分析仪按正常接线是测不出来的，里面有个坑，那就是NET9脚其实是漏极开路，直接接到逻辑分析仪上会干扰超声波模块正常工作，并且抓取不到时序图。在这里我强行外部上拉了一个1K电阻，虽然超声波接收到的数据是错误，但是起码能抓取到它工作原理的时序图。

trig引脚需要一个10us的高电平触发脉冲–>接着把NET9引脚拉低（排除干扰信号）–>模块发射8个40KHz的脉冲–>启动定时器，启动中断–>等待NET10的接收触发中断信号–>关闭定时器，关闭中断，计算计时器时间–>通过echo引脚输出与计时器时间一样的高电平脉冲。

总结分析

比较器
1、UC直流分析：
当超声波模块没有接收到任何信号的时候，B点的电压为2.5V（由于R7和R16分压2.5V）。

2、NET9为漏极开路（忽略R10影响）：
A点的电压为2.41V，B-A=0.09V，非常容易触发UD输出高低电平，很容易受干扰信号影响。

3、NET9输出低电平（忽略R10影响）:
A点的电压约为0.96V，B-A=1.54V，不容易触发UD输出高低电平，不容易受干扰信号影响。

4、NET9输出低电平，假设B点输出0-5V交流信号（考虑R10影响）：

此时A点的电压约为0.96V。

当B点为0V时，C点的电压约为0.075V，电压：A>C，Q1三极管关断，D点电压约为4.62V。在B点电压为0–0.89V之间，Q1三极管一直出于关闭状态。

当B点的电压约为0.90V的时候，C点约为0.962V，电压：C>A，UD输出高电平，Q1三极管导通；当Q1三极管导通，D点的电压瞬间变为0.3V（三极管的导通压降），C点的电压瞬间变为0.89V，此时电压：A>C，UD输出低电平，Q1三极管断开；此时Q1三极管是出于重复的开与关状态；B点在0.90—0.972V这段电压内，Q1三极管一直出于重复开关状态，如时序图的接收触发部分。

当B点的电压在0.973—5V之间，Q1三极管一直出于导通状态。

4、NET9输出高电平（漏极开路）：
超声波模块中断关断、定时器不计时、不处理NET10的信号，UD处于高度灵敏状态，输出带有干扰信号的脉冲。

备注：此为个人理解，有不同见解的大神希望能留言告知。