STM32F103C8T6配合HC-SR04实现超声波测距与显示

STM32F103C8T6微控制器是ST公司生产的一款性能出色的ARM Cortex-M3内核的微控制器，广泛应用于工业控制、医疗设备、传感器集成等多个领域。而HC-SR04是一款常用的超声波距离测量传感器，它能够提供非接触式距离检测功能。本知识点将结合HC-SR04传感器和STM32F103C8T6微控制器的使用，阐述如何实现超声波测距并通过串口输出及数码管显示的功能。 ### 知识点1：HC-SR04超声波传感器原理及使用方法 HC-SR04传感器利用超声波的发射和接收原理，通过测量超声波往返时间来计算距离。它包括一个发射器、一个接收器以及相应的控制电路。 **关键特性包括：** - 工作电压：5V DC - 工作频率：40kHz - 测量角度：15度 - 测量范围：2cm至400cm - 测量精度：3mm - 触发方式：TTL脉冲 - 输出方式：ECHO TTL脉冲 **使用HC-SR04的基本步骤：** 1. **触发脉冲**：至少10微秒的高电平脉冲输入到触发脚（Trig）。 2. **发射超声波**：Trig脚接收到高电平脉冲后，发射器向外发射8个40kHz的超声波脉冲。 3. **接收回波**：发射的超声波遇到障碍物后反射回来，并由接收器检测到。 4. **Echo脚输出**：Echo脚输出高电平脉冲，脉冲宽度与超声波走过的距离成正比。 ### 知识点2：STM32F103C8T6微控制器特点 STM32F103C8T6属于STM32F1系列，是该系列中常用的“蓝色开发板”型号。它具有以下特点： - 核心：ARM 32位Cortex-M3 CPU - 工作频率：最高72MHz - 内存：64KB闪存、20KB SRAM - 引脚数量：48个，具有丰富的I/O口 - 多功能定时器、ADC、DAC、通讯接口等 - 支持多种调试接口：JTAG、SWD等 ### 知识点3：STM32F103C8T6与HC-SR04通信实现 为了使用STM32F103C8T6读取HC-SR04的测量结果，需要通过MCU的GPIO（通用输入输出）口连接HC-SR04，并通过编程设置GPIO模式为输入（Echo信号接收）和输出（触发信号发送）。编写程序的步骤大致如下： 1. **GPIO初始化**：配置触发脚为输出模式，Echo脚为输入模式。 2. **触发信号**：产生10微秒以上的高电平信号至Trig脚，激发HC-SR04发送超声波。 3. **计时处理**：捕获Echo脚返回的高电平信号，并使用定时器记录脉冲宽度。 4. **距离计算**：根据公式计算距离，公式为：距离（cm）= (高电平时间 × 声速（340M/S）) / 2。 ### 知识点4：串口通信与数码管显示 超声波测距的结果通过串口通信发送给PC或其他设备，同时也可以通过连接到STM32F103C8T6的数码管显示距离信息。完成这些功能需要： 1. **串口初始化**：配置STM32的串口参数（波特率、数据位等）。 2. **串口数据发送**：将计算得到的距离值打包成串口帧格式后，发送出去。 3. **数码管驱动**：编写数码管驱动程序，将测量的距离显示出来。需要注意数码管的驱动方式，比如共阴、共阳，以及多位数码管的动态显示技术。 ### 知识点5：编程与调试 在编写程序时，需要使用STM32的开发环境如Keil uVision、STM32CubeMX、IAR Embedded Workbench等。通过这些环境，我们可以编写、编译和下载程序到STM32F103C8T6微控制器中，并且进行调试。 **调试过程中可能用到的工具：** - 串口调试助手：观察串口输出数据是否正确。 - 示波器：检测Trig和Echo脚的信号波形。 - 数码管测试板：验证数码管显示是否正常。 ### 结论 通过掌握STM32F103C8T6微控制器和HC-SR04超声波传感器的使用，结合串口通信和数码管显示的相关技术，可以实现一个具有距离测量功能的智能系统。该系统可用于各种测距、避障和定位场景中，例如机器人导航、汽车泊车辅助、工业自动化等。掌握这一知识点，对于开发嵌入式系统和物联网应用具有重要意义。