【STM32F103】HC-SR04超声波测距模块详解（附工程文件）

前言：

使用的硬件：STM32F103C8T6，HC-SR04，ST-Link（其他烧录器也可以），0.96寸OLED屏幕（非必须，仅供显示测距结果，可以使用串口助手代替），若干杜邦线。

涉及操作stm32的GPIO口，外部中断，定时器，本文中不会详细解释，仅提供代码思路。

HC-SR04：

HC-SR04超声波测距模块提供2cm~400cm的测距功能，精度达3mm。

以下图片截取自深圳市捷深科技有限公司的《HC-SR04超声波测距模块说明书》

 通过时序图我们可以知道，我们给HC-SR04发送长达10us的TTL脉冲，然后模块就会进行测距，测距的结果通过回响信号传达，回响的TTL电平信号时间即是超声波从HC-SR04模块发出，触碰到障碍物后返回到HC-SR04模块的时间总和。

TTL是逻辑电平标准，当电压达到2.4V~5V之间，那么为逻辑1（高电平），电压在0V~0.4V之间，那么为逻辑0（低电平）。所以我们可以直接通过GPIO口来输出以及输入时序所需的电平信号。

总所周知，声音的速度为340m/s，因此我们将回响电平的时间除340再除2之后得到的就是单位为米的测距结果。

编写思路：

结合说明书我们可以知道，我们仅需提供10us的高电平给Trig口即可。然后HC-SR04在测量完毕之后会将结果通过Echo回响回来。

所以我们只需要将Trig口拉高，等待10us（最好再延长一些，代码中用的是15us）后再拉低即可。

接着就只需要等待Echo将数据传输回来，通过时序图我们可以得知回响信号是拉高Echo口，再拉低，中间持续的时间就是测距的结果。

所以我们给Echo口配置一个中断事件，设置为上跳变下跳变都触发，另外再用一个变量记录Echo口到底是拉高还是拉低即可。

如果是拉高，那么我们需要记录下持续的时间，这时候我们需要用定时器计时，所以需要在一开始的时候就配置好定时器的初始化。唯一的问题就是该如何配置定时器的预分频器和自动重装器了。

根据说明书我们可以知道HC-SR04的精度为3mm，而测距的公式为 us/58-cm，稍加计算可知，如果我们需要测量3mm，那么得到的时间为17.4us，以此为一个刻度，那么定时器的频率应该为57471Hz。然而这样太麻烦了，而且也不好用，因此我们可以随意一些，我在代码中使用的是预分频器为72，自动重装器为100，那么得到的频率为72MHz/72/100=1000Hz，也就是一次定时器中断的时间为100us，而自动重装器里的每一个值就是1us，所以每次外部中断的下降沿触发之后只需要将定时器触发的次数*100再加上自动重装器里的值就可以得到回响信号的持续时间了，单位是us。

接线：

HC-SR04需要单独提供5V的供电，因此不能与stm32共用一个VCC（3.3V），而ST-Link有5V的供电接口，因此我将5V电压单独拉出来给HC-SR04供电，GND与stm32用同一个。

HC-SR04的Trig接GPIOA的6号口，Echo接GPIOA的7号口。

接线端口没有硬性要求，只需要修改对应代码即可。需要注意的是修改GPIO口的同时还需要修改为对应的中断通道。

OLED的SCK接GPIOB的8号口，SDA接GPIOB的9号口。

精度还是可以的。

完整代码：

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"           //使用的是b站江科大的延时函数,可以自己用别的替代延时功能
#include "OLED.h"            //使用的是b站江科大的OLED驱动代码,用于展示测距结果,可以在相应的地方更换为串口通信展示到电脑的串口助手上

uint8_t flag=0;				//用于记录中断信号是上升沿还是下降沿
uint32_t number=0;			//记录定时器中断的次数
uint32_t times=0;			//记录回响信号的持续时间

int main(void){
    OLED_Init();
    OLED_ShowString(1,1,"Hello World!!!");
    
    //初始化GPIO口,Trig使用推挽输出,Echo使用浮空输入
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);        //使能GPIOA的外设时钟
    GPIO_InitTypeDef itd;
    itd.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;                             //选择推挽输出模式
    itd.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6;                                    //选择GPIO_Pin_6
    itd.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;                            //默认选择50MHz
    GPIO_Init(GPIOA,&itd);
    
    itd.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;                        //选择浮空输入模式
    itd.GPIO_Pin=GPIO_Pin_7;                                    //选择GPIO_Pin_7
    GPIO_Init(GPIOA,&itd);
    
    //AFIO映射中断引脚
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);         //使能AFIO的外设时针
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA,GPIO_PinSource1);  //选择外部中断源和中断通道
    
    //EXTI中断配置
    EXTI_InitTypeDef itd1;
    itd1.EXTI_Line=EXTI_Line7;                                  //echo使用的端口7,因此选择7号中断线
    itd1.EXTI_LineCmd=ENABLE;
    itd1.EXTI_Mode=EXTI_Mode_Interrupt;
    itd1.EXTI_Trigger=EXTI_Trigger_Rising_Falling;              //上升沿和下降沿都触发中断
    EXTI_Init(&itd1);
    
    //NVIC分配外部中断的中断优先级
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);             //指定中断分组
    NVIC_InitTypeDef itd2;
    itd2.NVIC_IRQChannel=EXTI9_5_IRQn;                          //使用的端口7,因此选择这个参数
    itd2.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
    itd2.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;                   //抢占优先级
    itd2.NVIC_IRQChannelSubPriority=2;                          //响应优先级 
    NVIC_Init(&itd2);
    
    //配置定时器
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2,ENABLE);
    TIM_TimeBaseInitTypeDef itd3;
    itd3.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;                        //使用时钟分频1
    itd3.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;                    //向上计数
    //72MHz/72/100=1000,每秒定时器计数1000个,因此每个计数为100us
    itd3.TIM_Period=72-1;                                       //预分频系数
    itd3.TIM_Prescaler=100-1;                                   //自动重装器
    itd3.TIM_RepetitionCounter=0;                               //该参数仅给高级定时器使用
    TIM_TimeBaseInit(TIM2,&itd3);
    TIM_ITConfig(TIM2,TIM_IT_Update,ENABLE);                    //使能中断输出信号
    TIM_InternalClockConfig(TIM2);                              //选择内部时钟    
    
    //NVIC分配定时器的中断优先级
    NVIC_InitTypeDef itd4;
    itd4.NVIC_IRQChannel=TIM2_IRQn;                             //指定Tim2的中断通道
    itd4.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
    itd4.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;                   //抢占优先级
    itd4.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;                          //响应优先级
    NVIC_Init(&itd4);
    
    uint32_t distance;
    while(1){
        distance=0;
        for(int i=0;i<10;++i){              //每次取10次测距数据,取平均值减少误差
            GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);
            Delay_us(15);                   //根据说明书,需要提供至少10us的高电平
            GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);
            Delay_ms(65);                   //根据说明书,每个周期至少需要等待60ms
            distance+=(times/5.8);          //根据说明书提供的公式,获取单位为mm的距离
        }
        distance/=10;
        OLED_ShowNum(2,1,distance,4);
    }
}

//定时器中断函数
void TIM2_IRQHandler(void){
    if(SET==TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_FLAG_Update)){
        number++;                                   //每次中断将次数++
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_FLAG_Update);
    }
}

//外部中断函数
void EXTI9_5_IRQHandler(void){
    if(SET==EXTI_GetITStatus(EXTI_Line7)){
        if(flag==0){
            //上升沿即回响电平开始,打开计数器
            number=0;flag=1;
            TIM_SetCounter(TIM2,0);
            TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);
            
        }else{
            //下降沿即回响电平结束,统计高电平持续时长
            TIM_Cmd(TIM2,DISABLE);
            flag=0;
            times=number*100+TIM_GetCounter(TIM2);  //得到回响的高电平持续的us
        }
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line7);
    }
}

参考:

《HC-SR04超声波测距模块说明书》—— 深圳市捷深科技有限公司

b站江科大

STM32驱动HC-SR04超声波测距模块测距_哔哩哔哩_bilibili

完整的工程文件在这边：

链接：https://pan.baidu.com/s/1k4oXI_XNgQwquPyXXRIafQ 
提取码：yvz6

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