stm32f407超声波测距hal 非模块

在 STM32F407 微控制器上使用 HAL 库实现超声波测距功能而不依赖模块化代码，需要手动编写底层驱动逻辑。以下是一个详细的实现方案： ### 硬件配置 HC-SR04 模块的基本工作原理是通过发送 10μs 的触发脉冲来启动一次测距操作，然后模块会自动发出 8 个 40kHz 的超声波信号，并等待回波返回。当接收到回波时，模块的 Echo 引脚输出一个高电平，其持续时间对应于从发射到接收的时间差。 - **Trig（触发）引脚**：连接至任意 GPIO 输出口（例如 `GPIO_PIN_5` 在 `GPIOA` 上）。 - **Echo（回波）引脚**：连接至支持输入捕获的定时器通道（例如 `TIM2_CH1` 对应 `GPIOA_PIN_0`）[^2]。 ### 软件实现步骤 #### 1. 初始化 Trig 引脚 将 Trig 引脚配置为推挽输出模式，并初始化为低电平状态。 ```c HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); ``` #### 2. 初始化 Echo 引脚与定时器 选择一个定时器（如 `TIM2`）并配置为输入捕获模式，用于测量 Echo 引脚的高电平持续时间。 ```c htim2.Instance = TIM2; htim2.Init.Prescaler = 83; // 84MHz / (83 + 1) = 1MHz htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim2.Init.Period = 0xFFFFFFFF; HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1); ``` #### 3. 发送触发信号 在 Trig 引脚上生成一个 10μs 的高电平脉冲以触发 HC-SR04 测距操作。 ```c HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); usDelay(10); // 使用微秒级延时函数 HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); ``` #### 4. 捕获回波信号 使用定时器中断捕获 Echo 引脚的上升沿和下降沿，计算出高电平持续时间。 ```c void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { static uint32_t rise_time = 0; static uint32_t fall_time = 0; static uint8_t state = 0; if (htim == &htim2) { if (state == 0) { rise_time = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); state = 1; } else { fall_time = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); state = 0; uint32_t pulse_width = fall_time - rise_time; float distance = (pulse_width * 0.034) / 2; // 单位 cm } } } ``` #### 5. 计算距离 根据公式 `distance = (time × speed_of_sound) / 2` 计算目标的距离，其中声速约为 340m/s 或 0.034cm/μs。 --- ### 注意事项 - **定时器精度**：确保定时器的预分频值设置正确，以获得精确的时间测量能力。 - **中断处理**：必须启用定时器的中断并正确配置 NVIC。 - **去抖动**：可能需要对 Echo 输入进行软件或硬件去抖动处理。 - **电源管理**：确保 HC-SR04 模块供电稳定，避免因电压波动导致测量误差。 --- ### 示例代码片段 以下是一个完整的超声波测距程序框架： ```c #include "main.h" TIM_HandleTypeDef htim2; uint32_t rise_time = 0, fall_time = 0; uint8_t edge_detected = 0; float distance = 0.0f; void SystemClock_Config(void); static void MX_GPIO_Init(void); static void MX_TIM2_Init(void); int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_TIM2_Init(); HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1); while (1) { // 触发测距 HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); HAL_Delay(10); HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // 延迟一段时间再进行下一次测量 HAL_Delay(500); } } void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim == &htim2) { if (edge_detected == 0) { rise_time = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); edge_detected = 1; __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_FALLING); } else { fall_time = HAL_TIM_ReadCapturedValue(htim, TIM_CHANNEL_1); edge_detected = 0; __HAL_TIM_SET_CAPTUREPOLARITY(htim, TIM_CHANNEL_1, TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING); uint32_t pulse_width = fall_time - rise_time; distance = (pulse_width * 0.034f) / 2.0f; } } } static void MX_TIM2_Init(void) { TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC; htim2.Instance = TIM2; htim2.Init.Prescaler = 83; htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim2.Init.Period = 0xFFFFFFFF; htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; HAL_TIM_IC_Start(&htim2, &sConfigIC, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1); } ``` --- ###