STM32超声波模块HC-SR04（标准库与HAL库）应用详解

STM32超声波模块HC-SR04（标准库与HAL库）应用详解

本文详细介绍了如何使用STM32微控制器与HC-SR04超声波模块进行测距。文章从模块的工作原理出发，结合标准库和HAL库两种方式，提供了完整的代码示例和详细说明，适合有一定嵌入式开发基础的读者学习参考。

一、HC-SR04工作原理

1. 采用IO触发测距，给至少10us的高电平信号。
2. 模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回。
3. 有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间。
4. HC-SR04超声波测距模块提供2cm~400cm的测距功能，精度达3mm。

二、实物介绍

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》：

• VCC：3.3-5V供电（推荐5V供电）
• GND：接地
• Trig：外部触发信号输入，输入一个高于10μs的高电平即可触发模块测距
• Echo：回响信号输出，测距结束时此管脚输出一个低电平，电平宽度反映超声波往返时间之和

三、工作说明

1. 触发信号Trig直接通过IO输出和延时给一个大于10us的高电平即可触发。
2. Echo引脚需要接收并记录高电平的持续时间。
3. 在发送触发信号后，Echo响应后（上升沿）触发外部中断，开启定时器计时直到Echo变为低电平，关闭定时器记录下计时时间。
4. 实际应用，如果需要精确距离值，必需要考虑温度影响，做温度补偿。

距离计算公式：

• distance = time * 0.017
• 距离 = T * C / 2 (C 为声速)
• 声速温度公式：c = (330.45 + 0.61t/℃)m/s-1 (其中330.45是在0℃)
• 0℃声速：330.45m/s
• 20℃声速：342.62m/s
• 40℃声速：354.85M/S

四、标准库工作代码

我一般使用标准库较少，使用代码时请注意检查

使用OLED显示，OLED使用可以看：STM32–SPI&IIC使用OLED-CSDN博客

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);               //需要提供至少10us的高电平
      GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);
      Delay_ms(70);              //每个周期至少需要等待60ms
      distance+=(times/5.8);     //获取单位为mm的距离
   }
   distance/=10;
   OLED_ShowNum(2,1,distance,4);    //使用OLED显示
}
//定时器中断函数
//72MHz/72/100=1000,每秒定时器计数1000个,因此每个计数为100us
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,利用外部中断检测高低电平变化来控制定时器开关
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);
   }
}  

五(1)、HAL–CubeMX配置

GPIO配置（Trig端口）：设置PA1为触发端（可更改为其他GPIO口）。单击芯片的PA1引脚会跳出选择项，选择GPIO_Output，即为GPIO输出。

定时器配置（Echo端口）：为方便计算定时器的分频系数和定时周期，将APB1设置为50MHz。先设置TIM2的通道1位直接模式输入捕获，在参数设置中设置预分频为71，通过计算分频器输出的时钟信号频率为1000kHz，通过换算得到1us，极性为上升沿触发。设置完成后自动引出PA0引脚，即为接收端引脚Echo，使能NVIC中断。

USART1配置：串口输出显示结果，设置为异步模式，波特率为115200Bits/s，

RX–PA10//TX–PA9

五(2)、HAL库工作代码

1、HCSR04.h

#ifndef __HCSR04_H
#define __HCSR04_H
#include "main.h"
//#include "tim.h"
#include "stdio.h"
 
#define TRIG_H  HAL_GPIO_WritePin(Trig_GPIO_Port,Trig_Pin,GPIO_PIN_SET)
#define TRIG_L  HAL_GPIO_WritePin(Trig_GPIO_Port,Trig_Pin,GPIO_PIN_RESET)
 
void delay_us(uint32_t us);
void HCSR04_GetData(void);
 
#endif  

2、HCSR04.c

#include "HCSR04.h"
 
float distance;      //测量距离
uint32_t Buf[3] = {0};   //存放定时器计数值的数组
uint8_t  Cnt = 0;    //状态标志位
uint32_t high_time;   //超声波模块返回的高电平时间
//读取距离
void HCSR04_GetData(void)
{
   switch(Cnt)
   {
      case 0:
         TRIG_H;    //发送信号
         delay_us(30);
         TRIG_L;
       
         Cnt++;    //标志位为1
         __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2,TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
         HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1);    //开启TIM2    
         //启动输入捕获或者:__HAL_TIM_ENABLE(&htim5);                                                                                    		
      break;
      case 3:
         high_time = Buf[1]- Buf[0];    //计算高电平时间
         printf("\r\n----高电平时间-%d-us----\r\n",high_time);    //串口打印时间						
         distance=(high_time*0.034)/2;  //计算距离单位cm
         printf("\r\n-检测距离为-%.2f-cm-\r\n",distance);         //串口打印距离     
         Cnt = 0;  //清空标志位
         TIM2->CNT=0;     //清空计时器计数
      break;	
    }
}
//中断回调函数
void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(TIM2 == htim->Instance)// 判断触发的中断的定时器为TIM2
    {
        switch(Cnt)
        {
            case 1:
                //获取当前的捕获值
                Buf[0] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2,TIM_CHANNEL_1);
                //设置为下降沿捕获！！！
              __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim2,TIM_CHANNEL_1,TIM_ICPOLARITY_FALLING);  													
                Cnt++;                                            
            break;              
            case 2:
                //获取当前的捕获值
                Buf[1] = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2,TIM_CHANNEL_1);
                HAL_TIM_IC_Stop_IT(&htim2,TIM_CHANNEL_1); 
                //停止捕获或者: __HAL_TIM_DISABLE(&htim5);
                Cnt++;      //此时标志位为3
        break;
        }
    }
}