本教程使用的是STM32F103C6T6，利用定时器输入捕获双边沿，实现超声波模块的使用。
创作初衷是在于大多数博客都是照抄前人的形式，且代码上有出入，cubemx开启通道一，代码内却是通道二等情况很多，对于新手来说很不友好。
软件：
keil5
CubeMX
XCOM
硬件：
主控板：STM32F103C6T6（也可以使用STM32其他型号）
超声波模块：HC_SR04
USB转TTL
VCC —— 5v(该模块工作电压需要5v，如果接3.3v，模块可能不工作)
GND —— GND
Trig —— 连接单片机的io口（任意io口都可，起控制作用）
Echo —— 连接单片机的定时器输入捕获通道
如图，按照指示进行定时器配置即可
我选择的是TIM2CH2,可根据自己的需求选择定时器和通道
这里是最重要的一步，使能定时器中断，如果最后超声波模块的值一直为0，一定要回来检查定时器配置
选择任意io口，作为Trig脚来使用，配置为output输出模式即可，不必上下拉，初始化为低电平
此处我使用的是PA5
开启串口，选择异步模式，修改波特率为115200，可自行修改为其他波特率
/* USER CODE BEGIN 1 */
//[7]:0,没有成功的捕获;1,成功捕获到一次.
//[6]:0,还没捕获到低电平;1,已经捕获到低电平了.
//[5:0]:捕获低电平后溢出的次数
uint8_t TIM2CH2_CAPTURE_STA; // 输入捕获状态
uint16_t TIM2CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
//溢出回调函数和捕获回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if ((TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0x80) == 0) // 还未捕获成功
{
if (TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0x40) // 捕获到一个下降沿
{
if ((TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0x3F) == 0x3F) // 高电平的时间太长
{
TIM2CH2_CAPTURE_STA |= 0X80; // 标记为成功捕获一次
TIM2CH2_CAPTURE_VAL = 0XFFFF;
}
else
TIM2CH2_CAPTURE_STA++; // 否则标记溢出数加1
}
}
}
// 捕获中断发生时执行 上升沿复位开始计时，下降沿获取捕获值计算
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if ((TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0X80) == 0) //还未捕获成功 [7]:0,没有成功的捕获;1,成功捕获到一次.
{
if (TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0X40) // 成功率捕获到1个下降沿 [6]:0,还没捕获到低电平;1,已经捕获到低电平了.
{
// usart_printf("get down\r\n");
TIM2CH2_CAPTURE_STA |= 0X80; // 标记成功，捕获到1次高电平完成
TIM2CH2_CAPTURE_VAL = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2, TIM_CHANNEL_2); // 捕获当前设置捕获值
TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_2); // 清除原来设置
TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_2, TIM_ICPOLARITY_RISING); // 捕获到下降沿之后，将捕获到复位为上升沿
}
else // 捕获到一个上升沿
{
// usart_printf("get up\r\n");
TIM2CH2_CAPTURE_STA = 0;
TIM2CH2_CAPTURE_VAL = 0;
TIM2CH2_CAPTURE_STA |= 0X40; //将STA置为0x40 当下一次触发中断时，会进入上面的if语句
__HAL_TIM_DISABLE(&htim2);
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0);
TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_2);
TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_2, TIM_ICPOLARITY_FALLING);
__HAL_TIM_ENABLE(&htim2);
}
}
}
/* USER CODE END 1 */
代码是原子哥写的，我只是搬运工，在原来注释的基础上，加了一些我自己的注释
将该段代码复制到tim.c中，在cubemx配置好定时器后，会自动生成tim.c文件。
在tim.c文件最下方可以看见/* USER CODE BEGIN 1 */,复制到这里即可
/**
* @file HCSR04.c
* @author Zhong Zepeng (1935595312@qq.com)
* @brief
* @version 0.1
* @date 2022-11-25
*
* @copyright Copyright (c) 2022
*
*/
#include "HCSR04.h"
#include "gpio.h"
#include "tim.h"
/**
* @brief 激活超声波定时器
*
*/
void HCSR_04()
{
uint32_t i;
HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_SET);
for (i = 0; i < 72 * 40; i++)
__NOP();
HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}
/**
* @brief 计算超声波检测的距离
*
* @return float
*/
float getSR04Distance()
{
float len = 0;
uint32_t time = 0;
if (TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0X80) //输入捕获 触发
{
time = TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0X3f; //获得溢出次数
time *= 65536; //一次溢出为65536 得到溢出的时间
time += TIM2CH2_CAPTURE_VAL; //溢出的时间+现在定时器的值 得到总的时间
len = time * 342.62 * 100 / 2000000; // 计算得到距离
TIM2CH2_CAPTURE_STA = 0; //清除溢出
}
return len;
}
↑ 编写SR04.c文件，将代码复制进去
#ifndef __HCSR04_H
#define __HCSR04_H
#include "stdint.h"
void HCSR_04(void);
float getSR04Distance(void);
#endif
↑ SR04.h文件
#include "User_Debug.h"
#include "stdio.h"
#include "stdarg.h"
#include "string.h"
#include "usart.h"
void usart_printf(const char *fmt,...)
{
static uint8_t tx_buf[256] = {0};
static va_list ap;
static uint16_t len;
va_start(ap, fmt);
len = vsprintf((char *)tx_buf, fmt, ap);
va_end(ap);
HAL_UART_Transmit(&huart1,tx_buf,len,100);
}
↑ 编写串口打印文件，我使用的是USART1,如果使用其他串口，只需修改最后一行的&huart1
在头文件里声明usart_printf()函数即可
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "User_Debug.h"
#include "HCSR04.h"
/* USER CODE END Includes */
↑ 在main.c里引用SR04头文件和串口打印头文件
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_Base_Start(&htim2); //开启定时器
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_2); //开启TIM2的捕获通道2，并开启捕获
__HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim2, TIM_IT_UPDATE); //使能更新中断
usart_printf("start ok\r\n");
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
HAL_Delay(100); //延时,不做延时的话，会超过采样频率
HCSR_04(); //激活超声波模块
float distance = getSR04Distance();
usart_printf("dis = %.2f\r\n", distance);
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
↑ 在main函数的while(1)及上方添加上述代码
/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* @file : main.h
* @brief : Header for main.c file.
* This file contains the common defines of the application.
******************************************************************************
* @attention
*
* Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
* All rights reserved.
*
* This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
* in the root directory of this software component.
* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Define to prevent recursive inclusion -------------------------------------*/
#ifndef __MAIN_H
#define __MAIN_H
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "stm32f1xx_hal.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
/* USER CODE END Includes */
/* Exported types ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN ET */
/* USER CODE END ET */
/* Exported constants --------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN EC */
/* USER CODE END EC */
/* Exported macro ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN EM */
/* USER CODE END EM */
/* Exported functions prototypes ---------------------------------------------*/
void Error_Handler(void);
/* USER CODE BEGIN EFP */
/* USER CODE END EFP */
/* Private defines -----------------------------------------------------------*/
#define TRIG_Pin GPIO_PIN_5
#define TRIG_GPIO_Port GPIOA
/* USER CODE BEGIN Private defines */
//[7]:0,没有成功的捕获;1,成功捕获到一次.
//[6]:0,还没捕获到低电平;1,已经捕获到低电平了.
//[5:0]:捕获低电平后溢出的次数
extern uint8_t TIM2CH2_CAPTURE_STA; // 输入捕获状态
extern uint16_t TIM2CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
/* USER CODE END Private defines */
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* __MAIN_H */
↑ 在main.h中添加全局变量
extern uint8_t TIM2CH2_CAPTURE_STA; // 输入捕获状态
extern uint16_t TIM2CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
//[7]:0,没有成功的捕获;1,成功捕获到一次.
//[6]:0,还没捕获到低电平;1,已经捕获到低电平了.
//[5:0]:捕获低电平后溢出的次数
uint8_t TIM2CH2_CAPTURE_STA; // 输入捕获状态
uint16_t TIM2CH2_CAPTURE_VAL; //输入捕获值
//溢出回调函数
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if ((TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0x80) == 0) // 还未捕获成功
{
if (TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0x40) // 已捕获到一个上升沿
{
if ((TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0x3F) == 0x3F) // 高电平的时间太长
{
TIM2CH2_CAPTURE_STA |= 0X80; // 标记为成功捕获一次
TIM2CH2_CAPTURE_VAL = 0XFFFF;
}
else
TIM2CH2_CAPTURE_STA++; // 否则标记溢出数加1
}
}
}
原子哥的代码采用的是寄存器的思想，设置一个8位的状态寄存器TIM2CH2_CAPTURE_STA
该寄存器最高位为定时器是否捕捉到边沿变化
次高位为定时器是否开始捕捉下降沿，用于记录当前定时器状态
所以 if ((TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0x80) == 0) 该句的意思为如果最高位是0，即还未捕捉到边沿变化时，会进入if语句内（0x80 = 1000 0000）
if (TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0x40) 该句的意思为 次高位如果是1，则进入if语句（0x40 = 0100 0000）
所以现在有两种情况
1、还未捕捉到上升沿，进入第一个if语句后，不会做任何操作。
2、已经捕捉到了上升沿，等待捕捉下降沿，会进入到第二个if语句中，直到定时器捕捉到下降沿才会跳出if语句
第二个if内部有一组if else。其意思是STA会在此处自加，但是如果STA加到0x3f，就会手动置最高位为1，使程序跳出，不会死锁在此处。并将VAL写为0xFFFF，将VAL填满，表示为距离超过最大测量范围。
因为STA的最高位和最低位是状态位，所以STA最高可以计数到0x3f = 0011 1111。
// 捕获中断发生时执行 上升沿复位开始计时，下降沿获取捕获值计算
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if ((TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0X80) == 0) //还未捕获成功 [7]:0,没有成功的捕获;1,成功捕获到一次.
{
if (TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0X40) // 成功率捕获到1个下降沿 [6]:0,还没捕获到低电平;1,已经捕获到低电平了.
{
// usart_printf("get down\r\n");
TIM2CH2_CAPTURE_STA |= 0X80; // 标记成功，捕获到1次高电平完成
TIM2CH2_CAPTURE_VAL = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2, TIM_CHANNEL_2); // 捕获当前设置捕获值
TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_2); // 清除原来设置
TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_2, TIM_ICPOLARITY_RISING); // 捕获到下降沿之后，将捕获到复位为上升沿
}
else // 捕获到一个上升沿
{
// usart_printf("get up\r\n");
TIM2CH2_CAPTURE_STA = 0;
TIM2CH2_CAPTURE_VAL = 0;
TIM2CH2_CAPTURE_STA |= 0X40; //将STA置为0x40 当下一次触发中断时，会进入上面的if语句
__HAL_TIM_DISABLE(&htim2); //关闭定时器
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0); //将定时器计数值清零
TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_2); //清除输入捕获标志位
TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2, TIM_CHANNEL_2, TIM_ICPOLARITY_FALLING); //将输入捕获上升沿改为捕获下降沿
__HAL_TIM_ENABLE(&htim2); //使能定时器，开启定时器
}
}
}
中断函数，当定时器捕获到边沿变换时，会执行下列操作，第一个if前面已经讲过，咱直接看里面的if else
我们先看else，当我们捕获到上升沿时会进入else语句中，此时会将寄存器清零，并将次高位置1，表示已经捕获到上升沿，接下来要捕获下降沿，VAL清零。然后将定时器复位。
else语句完成后，定时器会复位并被打开，且此时开始捕捉下降沿
当定时器再一次捕捉时，捕捉到的是下降沿，此时超声波模块已经完成了一次工作，我们只需把时间记录下来就可以计算距离了。
首先使STA最高位置1，使程序跳出上面的溢出函数，这时STA不再自加，然后将定时器里的值读取到VAL中。最后修改复位一下定时器，即完成了一次超声波模块的完整工作
void HCSR_04()
{
uint32_t i;
HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_SET);
for (i = 0; i < 72 * 40; i++)
__NOP();
HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}
float getSR04Distance()
{
float len = 0;
uint32_t time = 0;
if (TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0X80) //输入捕获 触发
{
time = TIM2CH2_CAPTURE_STA & 0X3f; //获得溢出次数
time *= 65536; //一次溢出为65536 得到溢出的时间
time += TIM2CH2_CAPTURE_VAL; //溢出的时间+现在定时器的值 得到总的时间
len = time * 342.62 * 100 / 2000000; // 计算得到距离
TIM2CH2_CAPTURE_STA = 0; //清除溢出
}
return len;
}
我们在main函数中调用了这两个函数，上面一个函数用来激活超声波模块，根据超声波模块的使用要求，先将Trig引脚置高，等待至少10us，再将Trig置低，就会激活超声波模块开始工作
下面这个函数用来计算距离，当超声波模块完成一次工作后，STA的最高位会被置为1
TIM2CH2_CAPTURE_STA |= 0X80; 将最高位置为1；
此时程序不会再进行输入捕获，所以在我们计算得到距离后，需要将STA清零，使得超声波可以进行下一次工作，TIM2CH2_CAPTURE_STA = 0;
距离是由时间计算出来的，而时间由两部分组成，一部分是定时器溢出次数，一部分是定时器内还未溢出的值，即STA*65536+VAL
得到time后，按照公式即可算出距离len = time * 342.62 * 100 / 2000000;
当返回值一直为0
1、首先检查配置，特别是cubemx中定时器中断是否开启
2、超声波模块是否激活，Trig引脚是否拉高了有10个us，一般在15到20us
github下载地址：https://github.com/FollowTheWay/HC_SR04.git
CSND下载地址：https://download.csdn.net/download/qq_51967985/87196492