【Timer】超声波测距

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注意

请一定按照 例程使用方法 🔗 导入例程，否则下载的可能不是例程而是其他工程。

HC-SR04 超声波模块简介

HC-SR04 工作原理

模块有 2 个超声波换能器（如图所示），一个发出声波，另一个接收物体反射回来的声波，这中间所经过的时间即声波传播的时间，再结合声速就能计算出：

距离 = 声速 * 时间 ÷ 2

如何使用 HC-SR04 模块

模块具有 4 个引脚，除了电源外，有 TRIG、ECHO 两个引脚需要操作：

首先，向TRIG 引脚发送一个高电平脉冲，来触发模块输出声波
记录 ECHO 引脚输出高电平的时间，即声波的飞行时间
距离 = 声速(340m/s) * 声波的飞行时间 ÷ 2

更多资料请查看资料包 -> 配套模块资料 -> 超声波测距 HC-SR04-P

如何使用例程

下载程序，并连接硬件，即可看到效果

硬件连接

使用配套 TYPE-C 数据线，将学习板连接到计算机

需要使用：4P 杜邦线、超声波模块
连接模块时请核对好线序：

循迹模块	学习板
VCC	VCC
TRIG	A11
ECHO	A10
GND	GND

程序效果

打开小智精灵串口助手在线串口调试助手，点击“选择串口”，选择 USB Single Serial
将超声波模块对准一个平面（量程 2 - 400 cm），可以在串口助手看到测距结果

例程讲解

下面介绍了如何自己实现该例程的功能

1、工程配置

开启外部晶振：在 Pinout&Configuration -> System Core -> RCC 页面，将 High Speed Clock (HSE) 配置为 Crystal/Ceramic Resonator

配置时钟频率：在 Clock Configuration 页面，将 PLL Source 选择为 HSE，将 System Clock Mux 选择为 PLLCLK，然后在 HCLK (MHz) 输入 72 并回车，将 HCLK 频率配置为 72 MHz

分配引脚：在 Pinout&Configuration 页面，将 PA11、PA10 分别配置为 GPIO_Output、TIM1_CH3，并将 PA11 命名为 TRIG
配置 TIM1：在 Pinout&Configuration -> Timers -> TIM1
- Mode -> Clock Source 设为 Internal Clock，Channel3 设为 Input Capture direct mode，即输入捕获
- Configuration -> Parameter Settings -> Counter Settings -> Prescaler 设为 72-1，使定时器计数周期刚好为 1 us
- （可选）开启输入滤波，以提高稳定性：Configuration -> Parameter Settings -> Input Capture Channel 3 -> Input Filter，填写范围 0 - 15，数值越大，滤波效果越强
- Configuration -> NVIC Settings -> 勾选 TIM1 capture compare interrupt，开启捕获中断

打开串口 2 外设：Pinout&Configuration -> Connectivity -> USART2，将 Mode 选择为 Asynchronous
启用 float 打印：在 cubeIDE 菜单栏中，Project Properties -> C/C++ Build -> Settings -> Tool Settings -> MCU Settings，勾选 Use float with printf ... -nano

默认情况下，sprintf 函数不能打印小数。因此我们需要配置一下编译器，使其能够打印小数

2、代码

引用头文件
- 因为需要打印输出变量，所以应该引用几个头文件：
```
#include "stdio.h"
#include "string.h"
```

触发测量

将 TRIG 引脚拉高至少 10us 后拉低，触发测量

// 触发
HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, 1);
HAL_Delay(5);
HAL_GPIO_WritePin(TRIG_GPIO_Port, TRIG_Pin, 0);

打开脉冲捕获

先清零变量
__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY 配置为上升沿捕获
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim1, TIM_CHANNEL_3) 开始捕获

// 清零
rising_cnt = 0;
falling_cnt = 0;
echo_flag = 0;
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim1, 0);
// 开始捕获
__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(&htim1, TIM_CHANNEL_3, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim1, TIM_CHANNEL_3);

重定义输入捕获中断函数

捕获到边沿时，Timer 会自动记录当前的计数值，通过__HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY函数即可获取
捕获到上升沿时，立即配置成下降沿捕获，以捕获下降沿
将上升沿、下降沿的值分别保存到变量rising_cnt、falling_cnt

void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  if (htim == &htim1 && htim->Channel == HAL_TIM_ACTIVE_CHANNEL_3)
  {
    // 捕获到上升沿
    if (!echo_flag)
    {
      rising_cnt = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_3);
      echo_flag = 1;
      __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_3, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING);
    }
    // 捕获到下降沿
    else
    {
      falling_cnt = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_3);
      echo_flag = 0;
      __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_3, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING);
    }
  }
}

计算距离

当rising_cnt、falling_cnt都捕获完成时，计算距离，并通过串口发送结果

if (rising_cnt != 0 && falling_cnt != 0)
{
    // 计算距离
    // 定时器每1us计数1次，因此 距离=计数*0.34/2（毫米）
    float distance = (falling_cnt - rising_cnt) * 0.017;
    // 发送到串口
    char buf[32];
    sprintf(buf, "Distance: %.2f cm\r\n", distance);
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)buf, strlen(buf), 1000);
    break;
}

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