使用CubeMX配置STM32驱动HC-SR04超声波模块

前言

硬件选择

• stm32f103c8t6（最小板）
• hc-sr04超声波模块

软件环境

• stm32cubeIDE 1.12.1

hc-sr04模块超声波测距的原理，在上一篇博客已经提到，这里不在解释说明，详见：https://blog.csdn.net/apple_52030329/article/details/131021811

1 使用STM32CubeMX初始化代码

1.1 时钟配置

时钟配置如下图，我用了8MHz的HSE，HCLK调到了最大值72MHz

1.2 设置定时器

设置定时器TIM2每1us向上计数一次，通道4为上升沿捕获并连接到超声波模块的ECHO引脚，记得开启定时器中断（涉及到捕获中断+定时器溢出中断）。

连接ECHO引脚

1.3 触发引脚

PB10接到了HC-SR04的TIRG触发引脚，默认输出低电平

1.4 串口配置

配置usart1

2 代码编写

2.1 添加驱动文件

hc-sr04.h

#ifndef HCSR04_H_
#define HCSR04_H_

#include "main.h"

typedef struct
{
	uint8_t  edge_state;
	uint16_t tim_overflow_counter;
	uint32_t prescaler;
	uint32_t period;
	uint32_t t1;	//	上升沿时间
	uint32_t t2;	//	下降沿时间
	uint32_t high_level_us;	//	高电平持续时间
	float    distance;
	TIM_TypeDef* instance;
  uint32_t ic_tim_ch;
	HAL_TIM_ActiveChannel active_channel;
}Hcsr04InfoTypeDef;

extern Hcsr04InfoTypeDef Hcsr04Info;

/**
 * @description: 超声波模块的输入捕获定时器通道初始化
 * @param {TIM_HandleTypeDef} *htim
 * @param {uint32_t} Channel
 * @return {*}
 */
void Hcsr04Init(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel);

/**
 * @description: HC-SR04触发
 * @param {*}
 * @return {*}
 */
void Hcsr04Start(void);

/**
 * @description: 定时器计数溢出中断处理函数
 * @param {*}    main.c中重定义void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim)
 * @return {*}
 */
void Hcsr04TimOverflowIsr(TIM_HandleTypeDef *htim);

/**
 * @description: 输入捕获计算高电平时间->距离
 * @param {*}    main.c中重定义void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
 * @return {*}
 */
void Hcsr04TimIcIsr(TIM_HandleTypeDef* htim);

/**
 * @description: 读取距离
 * @param {*}
 * @return {*}
 */
float Hcsr04Read(void);

#endif /* HCSR04_H_ */

hc-sr04.c

#include "hc-sr04.h"

Hcsr04InfoTypeDef Hcsr04Info;

/**
 * @description: 超声波模块的输入捕获定时器通道初始化
 * @param {TIM_HandleTypeDef} *htim
 * @param {uint32_t} Channel
 * @return {*}
 */
void Hcsr04Init(TIM_HandleTypeDef *htim, uint32_t Channel)
{
  /*--------[ Configure The HCSR04 IC Timer Channel ] */
  // MX_TIM2_Init();  // cubemx中配置
  Hcsr04Info.prescaler = htim->Init.Prescaler; //  72-1
  Hcsr04Info.period = htim->Init.Period;       //  65535

  Hcsr04Info.instance = htim->Instance;
  if(Hcsr04Info.ic_tim_ch == TIM_CHANNEL_1)
  {
    Hcsr04Info.active_channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_1;             //  TIM_CHANNEL_1
  }
  else if(Hcsr04Info.ic_tim_ch == TIM_CHANNEL_2)
  {
    Hcsr04Info.active_channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_2;             //  TIM_CHANNEL_2
  }
  else if(Hcsr04Info.ic_tim_ch == TIM_CHANNEL_3)
  {
    Hcsr04Info.active_channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_3;             //  TIM_CHANNEL_3
  }
  else if(Hcsr04Info.ic_tim_ch == TIM_CHANNEL_4)
  {
    Hcsr04Info.active_channel = HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_4;             //  TIM_CHANNEL_4
  }
  /*--------[ Start The ICU Channel ]-------*/
  HAL_TIM_Base_Start_IT(htim);
  HAL_TIM_IC_Start_IT(htim, Channel);
}

/**
 * @description: HC-SR04触发
 * @param {*}
 * @return {*}
 */
void Hcsr04Start(void)
{
  HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_SET);
  HAL_Delay(1);  //  10us以上
  HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}

/**
 * @description: 定时器计数溢出中断处理函数
 * @param {*}    main.c中重定义void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim)
 * @return {*}
 */
void Hcsr04TimOverflowIsr(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  if(htim->Instance == Hcsr04Info.instance) //
  {
    Hcsr04Info.tim_overflow_counter++;
  }
}

/**
 * @description: 输入捕获计算高电平时间->距离
 * @param {*}    main.c中重定义void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
 * @return {*}
 */
void Hcsr04TimIcIsr(TIM_HandleTypeDef* htim)
{
  if((htim->Instance == Hcsr04Info.instance) && (htim->Channel == Hcsr04Info.active_channel))
  {
    if(Hcsr04Info.edge_state == 0)      //  捕获上升沿
    {
      // 得到上升沿开始时间T1，并更改输入捕获为下降沿
      Hcsr04Info.t1 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, Hcsr04Info.ic_tim_ch);
      __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, Hcsr04Info.ic_tim_ch, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING);
      Hcsr04Info.tim_overflow_counter = 0;  //  定时器溢出计数器清零
      Hcsr04Info.edge_state = 1;        //  上升沿、下降沿捕获标志位
    }
    else if(Hcsr04Info.edge_state == 1) //  捕获下降沿
    {
      // 捕获下降沿时间T2，并计算高电平时间
      Hcsr04Info.t2 = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, Hcsr04Info.ic_tim_ch);
      Hcsr04Info.t2 += Hcsr04Info.tim_overflow_counter * Hcsr04Info.period; //  需要考虑定时器溢出中断
      Hcsr04Info.high_level_us = Hcsr04Info.t2 - Hcsr04Info.t1; //  高电平持续时间 = 下降沿时间点 - 上升沿时间点
      // 计算距离
      Hcsr04Info.distance = (Hcsr04Info.high_level_us / 1000000.0) * 340.0 / 2.0 * 100.0;
      // 重新开启上升沿捕获
      Hcsr04Info.edge_state = 0;  //  一次采集完毕，清零
      __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, Hcsr04Info.ic_tim_ch, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
    }
  }
}

/**
 * @description: 读取距离
 * @param {*}
 * @return {*}
 */
float Hcsr04Read(void)
{
  // 测距结果限幅
  if(Hcsr04Info.distance >= 450)
  {
    Hcsr04Info.distance = 450;
  }
  return Hcsr04Info.distance;
}

2.2 修改main.c

1. 引用对应的头文件

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "hc-sr04.h"
/* USER CODE END Includes */

2. 200ms测距一次

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  Hcsr04Init(&htim2, TIM_CHANNEL_4);  //  超声波模块初始化
  Hcsr04Start();  //  开启超声波模块测距
  printf("hc-sr04 start!\r\n");
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    // 打印测距结果
    printf("distance:%.1f cm\r\n", Hcsr04Read());
    Hcsr04Start();
    HAL_Delay(200); //  测距周期200ms
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

3. 重定义定时器的中断服务函数

/* USER CODE BEGIN 4 */
/**
 * @description: 定时器输出捕获中断
 * @param {TIM_HandleTypeDef} *htim
 * @return {*}
 */
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  Hcsr04TimIcIsr(htim);
}

/**
 * @description: 定时器溢出中断
 * @param {*}
 * @return {*}
 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim)
{
  Hcsr04TimOverflowIsr(htim);
}
/* USER CODE END 4 */

3 实现效果

串口打印结果如下：

实际效果：

参考

https://blog.csdn.net/qq_57709749/article/details/127163487
https://www.bilibili.com/video/av466707130/?vd_source=c1eec1c601c91b92514190b3c15a337b
http://www.taodudu.cc/news/show-5933197.html?action=onClick