STM32CubeMX | 39-使用硬件定时器获取超声波模块数据（HC-SR04）
本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的通用定时器外设，捕获超声波模块的距离信号。
本系列教程所编写的驱动源码：https://github.com/Mculover666/HAL_Driver_Lib，好用的话，记得点个Star呀！
1. 准备工作
硬件准备
首先需要准备一个开发板，这里我准备的是STM32L4的开发板（BearPi）：
超声波模块使用HC-SR04，如图：
该模块的四个引脚说明如下表：
| 引脚名 | 引脚作用 |
|---|---|
| Vcc | 5V供电 |
| Trig | 触发控制信号输入 |
| Echo | 回响信号输出 |
| Gnd | 地 |
超声波模块测距原理
如图，超声波模块发出超声波信号，如果前方碰到障碍物，则被障碍物反射回来，模块收到回来的超声波后，即可计算出与障碍物的距离：
HR-SC04模块工作原理
HR-SC04模块的时序图如下：
根据该时序图，可以看出一次测距的流程如下：
1．给超声波模块接入电源和地。
2.给脉冲触发引脚（trig）输入一个长为20us的高电平方波
3.输入方波后，模块会自动发射8个40KHz的声波，与此同时回波引脚（echo）端的电平会由0变为1；（此时应该启动定时器计时）
4.当超声波返回被模块接收到时，回波引 脚端的电平会由1变为0；（此时应该停止定时器计数），定时器记下的这个时间即为超声波由发射到返回的总时长。
5.根据声音在空气中的速度为344米/秒，即可计算出所测的距离。
- 触发信号由Trig引脚输入，10us的高电平即可触发一次测距；
- 触发后，距离信息由Echo引脚输出，该输出信号的高电平时间与检测距离成比例；
在整个测距过程中，最重要的是Echo引脚输出信号高电平的时间，可以使用STM32硬件定时器得到时长，这个时间为超声波从发射到接收的时长，由声速计算出传播距离，再取1/2，计算出当前距离障碍物的距离。
软件准备
- 需要安装好Keil - MDK及芯片对应的包，以便编译和下载生成的代码。
2.生成MDK工程
选择芯片型号
打开STM32CubeMX，打开MCU选择器：
搜索并选中芯片STM32L431RCT6:
配置时钟源
- 如果选择使用外部高速时钟（HSE），则需要在System Core中配置RCC；
- 如果使用默认内部时钟（HSI），这一步可以略过；
这里我都使用外部时钟：
配置GPIO
配置两个普通的GPIO，一个配置为输出模式，用于连接模块的Trig引脚，触发一次测距，这里我配置为PB8，另一个配置为输入模式（浮空），用于连接模块的Echo引脚，接收echo信号，这里我配置为PB9。
配置通用定时器TIM2
知识小卡片——STM32L431的定时器
STM32L431xx 系列有 1 个高级定时器（TIM1）, 3 个通用定时器（TIM2、TIM15、TIM16），两个基本定时器（TIM6、TIM7），还有两个低功耗定时器（LPTIM1、LPTIM2）。
STM32L431 的通用 TIMx (TIM2、TIM15、TIM16)定时器功能包括：
-
16 位(TIM15,TIM16)/32 位(TIM2)向上、向下、向上/向下自动装载计数器，注意：
TIM15、TIM16 只支持向上（递增）计数方式； -
16 位可编程(可以实时修改)预分频器，计数器时钟频率的分频系数为 1～65535 之间的任
意数值。 -
4 个独立通道（TIMx_CH1~4， 其中 TIM15 最多 2 个通道， TIM16 最多 1 个
通道），这些通道可以用来作为：- 输入捕获
- 输出比较
- PWM 生成(边缘或中间对齐模式)
- 单脉冲模式输出
-
可使用外部信号控制定时器和定时器互连的同步电路。
-
如下事件发生时产生中断/DMA：
- 更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)
- 触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)
- 输入捕获
- 输出比较
知识小卡片结束啦~
接下来开始配置TIM2，首先选择TIM2，时钟源选择内部时钟：
接下来是对TIM2的参数设置，参照数据手册中的RCC时钟树，TIM2内部时钟来源是PCLK1 = 80Mhz，我们的目的是每1us产生一次中断（1Mhz），所以预分频系数设置为8，自动重载值为10，得到的计时器更新中断频率即为80000000/8/10=1000000Hz=1MHz：
其余的一些设置保持默认即可，最后开启TIM2中断：
配置串口
开发板板载了一个CH340换串口，连接到USART1。
接下来开始配置USART1：
配置时钟树
STM32L4的最高主频到80M，所以配置PLL，最后使HCLK = 80Mhz即可：
生成工程设置
代码生成设置
最后设置生成独立的初始化文件：
生成代码
点击GENERATE CODE即可生成MDK-V5工程：
3. 在MDK中编写、编译、下载用户代码
1. printf重定向
STM32CubeMX_09 | 重定向printf函数到串口输出的多种方法
2. 添加us级延时函数
- 一种Cortex-M内核中的精确延时方法
3. 编写驱动
HC_SR04.h
/**
* @Copyright (c) 2021,mculover666 All rights reserved
* @filename HC_SR04.c
* @breif Drive HC_SR04 based on stm32 tim peripheral
* @changelog v1.0 mculover666 2021/5/9
*/
#ifndef _HC_SR04_H_
#define _HC_SR04_H_
#include "stm32l4xx.h"
#include "core_delay/core_delay.h"
/* HC-SR04模块控制引脚 */
#define HC_SR04_TRIG_PORT GPIOB
#define HC_SR04_TRIG_PIN GPIO_PIN_8
#define HC_SR04_ECHO_PORT GPIOB
#define HC_SR04_ECHO_PIN GPIO_PIN_9
/* us级延时函数 */
#define HC_SR04_Delay_Us(n) CPU_TS_Tmr_Delay_US(n)
/* us级硬件定时器 */
#define HC_SR04_TIM htim2
void HC_SR04_Init(void);
int HC_SR04_Measure(double *distance_cm);
#endif /* _HC_SR04_H_ */
HC_SR04.c
/**
* @Copyright (c) 2021,mculover666 All rights reserved
* @filename HC_SR04.c
* @breif Drive HC_SR04 based on stm32 tim peripheral
* @changelog v1.0 mculover666 2021/5/9
*/
#include "HC_SR04.h"
#include 测试结果
在main.c中包含驱动头文件：
#include 在main函数中创建变量：
/* USER CODE BEGIN 1 */
double distance_cm;
/* USER CODE END 1 */
编写测试代码：
/* USER CODE BEGIN 2 */
printf("HC-SR04 Module Test By Mculover666\r\n");
HC_SR04_Init();
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
if (HC_SR04_Measure(&distance_cm) == 0)
{
printf("distance:%.2f cm\r\n", distance_cm);
}
else
{
printf("measure fail\r\n");
}
HAL_Delay(1000);
}
/* USER CODE END 3 */
测试结果为：
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