基于STM32F407超声波测距

一、超声波测距

1、产品特点：

HC-SR04 超声波测距模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能， 测距精度可达高到 3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。 

本工作原理：
(1)采用 IO 口 TRIG 触发测距，给最少 10us 的高电平信号。
(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 IO 口 ECHO 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 。
模块分析

时序图分析

其实使用高电平持续时间us/58 = ?厘米的公式更加容易计算

代码开发流程：
（1）选择两个引脚分别为输入（PA2）及输出(PA3),记得添加sys.h头文件
#define TRIG PAout(2)
#define ECHO PAin(3)

PA2 ------ TRIG
PA3 ------ ECHO

（2）定义一个定时器3，每1us计一个数，周期为50000，不使用NVIC,且不使能定时器
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;

//1、能定时器时钟。
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);

TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period		= 50000-1; 					//重载寄存器。计数1000个数,在1MHZ,计1000个数，用时1ms
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler	= 83;   				//84分频 84MHZ/84 = 1MHZ	
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode	= TIM_CounterMode_Up;	//向上计数
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision= TIM_CKD_DIV1;			//分频因子
//2、初始化定时器，配置ARR,PSC。
TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStruct);


//5、不使能定时器。
TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);

（3）根据下面代码框架，完成超声波距离
//触发信号
TRIG = 0;
delay_us(5);
TRIG = 1;
delay_us(20);
TRIG = 0;

//设置定时器CNT为0

//等待高电平到来
While( … );

//开启定时器

//等待低电平到来
While( … );

//获取定时器的CNT值

//关闭定时器

//通过定时器的CNT值计算出距离

sys.h文件

#ifndef __SYS_H_
#define __SYS_H_ 
#include "stm32f4xx.h" 

//IO口操作宏定义
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr)) 
#define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum)) 
//IO口地址映射
#define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+20) //0x40020014
#define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+20) //0x40020414 
#define GPIOC_ODR_Addr    (GPIOC_BASE+20) //0x40020814 
#define GPIOD_ODR_Addr    (GPIOD_BASE+20) //0x40020C14 
#define GPIOE_ODR_Addr    (GPIOE_BASE+20) //0x40021014 
#define GPIOF_ODR_Addr    (GPIOF_BASE+20) //0x40021414    20 = 0x14
#define GPIOG_ODR_Addr    (GPIOG_BASE+20) //0x40021814   
#define GPIOH_ODR_Addr    (GPIOH_BASE+20) //0x40021C14    
#define GPIOI_ODR_Addr    (GPIOI_BASE+20) //0x40022014     

#define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+16) //0x40020010    16 = 0x10
#define GPIOB_IDR_Addr    (GPIOB_BASE+16) //0x40020410 
#define GPIOC_IDR_Addr    (GPIOC_BASE+16) //0x40020810 
#define GPIOD_IDR_Addr    (GPIOD_BASE+16) //0x40020C10 
#define GPIOE_IDR_Addr    (GPIOE_BASE+16) //0x40021010 
#define GPIOF_IDR_Addr    (GPIOF_BASE+16) //0x40021410 
#define GPIOG_IDR_Addr    (GPIOG_BASE+16) //0x40021810 
#define GPIOH_IDR_Addr    (GPIOH_BASE+16) //0x40021C10 
#define GPIOI_IDR_Addr    (GPIOI_BASE+16) //0x40022010 
 
//IO口操作,只对单一的IO口!
//确保n的值小于16!
#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PAin(n)    BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PBin(n)    BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PCout(n)   BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PCin(n)    BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PDout(n)   BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PDin(n)    BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PEout(n)   BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PEin(n)    BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n)  //输入

#define PFout(n)   BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PFin(n)    BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)  //输入

#define PGout(n)   BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PGin(n)    BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n)  //输入

#define PHout(n)   BIT_ADDR(GPIOH_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PHin(n)    BIT_ADDR(GPIOH_IDR_Addr,n)  //输入

#define PIout(n)   BIT_ADDR(GPIOI_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PIin(n)    BIT_ADDR(GPIOI_IDR_Addr,n)  //输入


#endif

超声波头文件 sr04.h，程序中的delay.h就不一一给出了

#ifndef __SR04_H
#define __SR04_H

#include "stm32f4xx.h"
#include "sys.h"
#include "delay.h"

/*******************************
引脚说明：
PA2  -- TRIG(输出)
PA3  -- ECHO(输入)
*******************************/

#define TRIG   PAout(2)
#define ECHO   PAin(3)


void Sr04_Init(void);
u16 Get_Sr04_Value(void);

#endif

超声波.c文件 sr04.c

#include "sr04.h"

/*******************************
引脚说明：
PA2  -- TRIG(输出)
PA3  -- ECHO(输入)
*******************************/
void Sr04_Init(void)
{
     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  	TIM_TimeBaseInitStruct;
	
	//使能GPIOA组时钟
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
	//1、能定时器时钟。
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin	= GPIO_Pin_2;			//引脚2
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode	= GPIO_Mode_OUT;		//输出类型
	GPIO_InitStruct.GPIO_OType	= GPIO_OType_PP;		//输出推挽
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed	= GPIO_Speed_50MHz;		//速度
	GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd	= GPIO_PuPd_UP;			//上拉
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
	
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin	= GPIO_Pin_3;				//引脚3
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode	= GPIO_Mode_IN;				//输入
	GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd	= GPIO_PuPd_NOPULL;			//浮空
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);	
	


	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period		= 50000-1; 				//重载寄存器。
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler	= 83;   				//84分频 84MHZ/84 = 1MHZ 计一个数，用1us
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode	= TIM_CounterMode_Up;	//向上计数
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision= TIM_CKD_DIV1;			//分频因子
	//2、初始化定时器，配置ARR,PSC。
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStruct);

	//5、不使能定时器。
	TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);	

}

u16 Get_Sr04_Value(void)
{
     
	u16 t = 0;
	u16 distance;
	u16 count = 0;
	
	
	
	//触发信号
	TRIG  = 0;
	delay_us(5);
	TRIG  = 1;
	delay_us(20);
	TRIG  = 0;

	//设置CNT为0
	TIM3->CNT = 0;
	
	//等待高电平到来,并做超时处理
	while( PAin(3) == 0)
	{
     
		t++;
		delay_us(10);
	
		//如果等待5ms未能等待高电平，则返回
		if(t >= 500)
			return 0;
	}

	//开启定时器
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);	
	
	t = 0;
	//等待低电平到来，并做超时处理
	while( PAin(3) == 1 )
	{
     
		t++;
		delay_us(20);
	
		//如果等待24ms（24ms测量的距离为413cm了，手册中说最远为40cmm，故取此值）未能等待低电平，则返回
		if(t >= 1200)
			return 0;		
	}

	//获取定时器的CNT值
	//count = TIM_GetCounter(TIM3);
	count = TIM3->CNT;
	
	//关闭定时器
	TIM_Cmd(TIM3, DISABLE);	
	
	//通过定时器的CNT值计算出距离

	distance = count/58;

	return distance;
}

在程序处理过程中，一般要记得做超时处理