# HC_SR04 **Repository Path**: gradually-green-mountain/HC_SR04 ## Basic Information - **Project Name**: HC_SR04 - **Description**: HC_SR04 - **Primary Language**: C - **License**: Not specified - **Default Branch**: master - **Homepage**: None - **GVP Project**: No ## Statistics - **Stars**: 0 - **Forks**: 0 - **Created**: 2023-07-16 - **Last Updated**: 2023-07-16 ## Categories & Tags **Categories**: Uncategorized **Tags**: None ## README @[TOC](STM32 HAL库+CubeMX 输入捕获 超声波模块) # 前言 [本文CSDN地址：http://t.csdn.cn/po8YK](http://t.csdn.cn/po8YK) 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。 ## 软件及硬件准备 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 ## 硬件连接 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/f338e565c2cc4331af6d5742cafe0911.png#pic_center) 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** # CubeMX配置 ## 定时器配置 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/62fd316c73db418091137735d09ef41f.png#pic_center) >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 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/e41c1aef3dea46349f3fdd0c8c716e3f.png#pic_center) >**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** ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/7113934ceb2644928b321e268e91727b.png#pic_center) >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** ## 串口配置 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2a72320a10d54dbdb53f3331df22d5bd.png#pic_center) >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 # keil软件编写 ```c /* 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 ```c /** * @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 ```c #ifndef __HCSR04_H #define __HCSR04_H #include "stdint.h" void HCSR_04(void); float getSR04Distance(void); #endif ``` >SR04.h文件 ```c #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 ```c /* 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 ```c /* 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 ```c /* 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 # 代码讲解 ```c //[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。** ```c // 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** ```c 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;** # 注意事项 **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**