手把手教你，通过HAL库实现STM32的超声波测距--以SR-04为例

目录

0、SR-04基本原理

1、准备工作

2、连线

3、STM32CUBEMX设置

3.1新建工程

3.2芯片通用设置

3.3定时器捕获设置

​3.4其他设置

3.5生成工程

4、程序完善

4.1完善打印输出函数

4.2完善tim.c

4.3完善gpio.c

4.4完善main函数

5、总结

0、SR-04基本原理

声波遇到障碍物会反射，而声波的速度已知，所以只需要知道发射到接收的时间差，就能轻松计算出测量距离，再结合发射器和接收器的距离，就能算出障碍物的实际距离。

以HC-SR04硬件为例，端口为VCC、Trig、Echo、GND。

VCC–接STM32板子+5V；
GND–接STM32板子GND；
Trig–为触发控制信号输入，触发测距，给至少10us的高电平信号，模块自动发射8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回；
Echo–回响信号输出，有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间。
那用STM32怎么给端口信号呢？又是怎么获取信号呢？
Trig端口为超声波模块的输入信号，也就是通过STM23一个端口推挽输出一个至少10us的高电平信号即可，利用delay_ms(20)实现；
Echo端口为超声波模块的输出信号，也就是利用STM32端口捕获高电平时间，那么这个端口肯定是可以用做定时器的端口。
通过以上分析，这里采用以下STM32端口

1、准备工作

开发板：STM32F1精英版

软件：STM32CubeMx软件

IDE： MDK-Keil软件

传感器：HC-SR04

2、连线

选择TIM5的CH1即PA0作为输入捕获引脚（Echo），选择PA5作为触发脚Trig。具体连接线如下：

红线连接精英版的5V与SR04的VCC脚

白线连接精英板的GND与SR04的GND脚

橙色线连接精英板的PA5与Trig脚

黑色线连接精英板的PA0与Echo脚

3、STM32CUBEMX设置

3.1新建工程

1）新建工程

2）选择芯片

3.2芯片通用设置

1）时钟芯片设置

2）时钟设置

3）系统调试设置

3.3定时器捕获设置

由于前文连线中，我们将TIMER5CH1作为输入捕获引脚，所以对TIMER5进行设置：

Channel 1选择：Input Capture direct mode

与分频系数填写：72-1（则每次计数为1us）

Polarity Selection选择：Rising Edge（上升沿）

其他保持不变。

NVIC settings选择TIM5 global interrupt

3.4其他设置

1）USART1设置

为了方便调试，将测量所得数据通过串口传递到电脑上进行显示，此处使用串口1通过printf将输出发送至电脑。

2）GPIO配置

此处选择PA5作为Trig脚，具体配置如下：

3.5生成工程

4、程序完善

4.1完善打印输出函数

在main函数中加入下面语句：

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
#include "string.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
#ifdef __GNUC__
	#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
	#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif

PUTCHAR_PROTOTYPE
{
	HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
	return ch;
}
/* USER CODE END 0 */

加入此语句之后可以在main函数中加入printf语句测试是否成功。

将精英板USB232口通过USB数据线与电脑连接，并在电脑上打开串口调试软件：

4.2完善tim.c

在tim.c中加入以下程序：

定义变量：

/* USER CODE BEGIN 0 */
//捕获状态
//[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  TIM5CH2_CAPTURE_STA=0;							//输入捕获状态
uint16_t TIM5CH2_CAPTURE_VAL;							//输入捕获值(TIM2是16位)
/* USER CODE END 0 */

在底部加入溢出回调函数和输入捕获回调函数。其中参考了正点原子官方的的输入 捕获回调函数。

/* USER CODE BEGIN 1 */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)//更新中断（溢出）发生时执行
{
	if((TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X80) ==0)		//还未捕获成功
	{
		if(TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X40)		//捕获到一个下降沿
		{
			if((TIM5CH2_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)	//高电平时间太长了
			{
				TIM5CH2_CAPTURE_STA |= 0X80;	//标记成功捕获一次
				TIM5CH2_CAPTURE_VAL = 0XFFFF;	//
			}

			else
				TIM5CH2_CAPTURE_STA++;			//否则标记溢出数加一
		}
	}

}

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)//捕获中断发生时执行
{
	if((TIM5CH2_CAPTURE_STA&0x80)==0)	//还未捕获成功
	{
		if(TIM5CH2_CAPTURE_STA&0x40)	//成功捕获到一个下降沿
		{
			TIM5CH2_CAPTURE_STA |= 0X80;	//标记成功，捕获到一次高电平完成
			TIM5CH2_CAPTURE_VAL  = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim5, TIM_CHANNEL_1);	//获取当前捕获值
			TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&htim5, TIM_CHANNEL_1);			//清除原来设置
			TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim5, TIM_CHANNEL_1, TIM_ICPOLARITY_RISING);	//捕获到下降沿后，将捕获复位到捕获上升沿
		}

		else							//捕获到一个上升沿
		{
			TIM5CH2_CAPTURE_STA = 0;
			TIM5CH2_CAPTURE_VAL = 0;
			TIM5CH2_CAPTURE_STA |= 0x40;	//第六位标记为捕获到上升沿
			__HAL_TIM_DISABLE(&htim5);		//关闭定时器
			__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim5, 0);	//定时器初始值设置为0
			TIM_RESET_CAPTUREPOLARITY(&htim5, TIM_CHANNEL_1);
			TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim5, TIM_CHANNEL_1, TIM_ICPOLARITY_FALLING);	//捕获到上升沿之后，将捕获设置为下降沿
			__HAL_TIM_ENABLE(&htim5);

		}

	}
}
/* USER CODE END 1 */

4.3完善gpio.c

模拟Trig脚，先置位，过40us后，复位。

/* USER CODE BEGIN 2 */
void CHL_capture(void)
{
	uint32_t i;

	HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, GPIO_PIN_SET);
	for(i=0;i<72*40;i++) 2 __nop(); hal_gpio_writepin(trig_gpio_port, trig_pin, gpio_pin_reset); } * user code end <></72*40;i++)>

4.4完善main函数

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
	float len = 0;
	uint32_t time= 0;
	uint8_t count = 0;
  /* 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_TIM5_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
	printf("Hello World!\r\n");
	HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim5,TIM_CHANNEL_1);   //开启TIM2的捕获通道2，并且开启捕获中断
    __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim5,TIM_IT_UPDATE);   //使能更新中断

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  HAL_Delay(100);
	  CHL_capture();
	  if(TIM5CH2_CAPTURE_STA & 0x80)	//成功捕获一个脉宽
	  {
			time = TIM5CH2_CAPTURE_STA & 0x3F;	//获取溢出次数
			time *= 65536;		//获得溢出的时间值
			time += TIM5CH2_CAPTURE_VAL;	//加上最后一次取得的值
			len = time * 342.62*100/2000000;

			TIM5CH2_CAPTURE_STA = 0;
	  }

	  printf("LENGTH: %f CM\r\n", len);
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

5、总结

本文介绍了通过HAL库完成SR-04超声波传感器距离的测量。包括了，超声波传感器的原理、STM32CUBEMX的配置，以及程序的完善。最终的结果如下：