背景：最近整理东西，发现了一个蓝色的小模块，上面还有两个像喇叭的小东西，关键上面还有丝印，用蓝底白字写着“HC-SR04”，于是勾起了我的好奇心，动动小手指，百度找到了这个小板子的信息，原来是一个超声波测距模块，还挺有意思的，而且只引出来了四个引脚，应用也比较简单，下面简单介绍下这个模块以及简单的超声波测距方案。
- K5 p7 o. _+ {6 Y1.HC-SR04模块实物图和工作原理

) R7 o" C2 a, C* y9 v/ @

1.1实物如下图，可以看到这个模块是双面贴片的，整体感觉大气，印出来了四个引脚，分别是GND,Echo，Trig，VCC具体功能见下方

9 O/ [1 g- f# Q% r2 y/ R, F

1.2首先这个模块是要单独供电的，需要给VCC接5V，GND就不多说了关键是Echo和Trig这两个脚，可以看下方的时序图。

a.需要给触发信号即Trig一个大于10us的方波信号

9 F/ E0 e2 T  F) j9 x  W

b.模块内部会产生一个8*40KHz的声波，因为是内部产生的，所以引出的四个脚测不出来这个信号，或许可以从PCBA里面其它地方测出，我没深入研究

* ^( ?0 ]) o- R4 k5 d" R

c.输出回响信号，即Echo会返回一个高电平信号，这个高电平的持续时间和测量距离有关。

6 a7 u4 H: ~6 L+ s- s' r! V2 }

计算测距方法：我可以用一个遮挡物挡在两个突出物上方，通过初中的只是我们都知道距离=速度*时间/2，速度在空气中的速度约等于340m/s，时间即Echo的高电平信号。所以我们可以很简单的就测量出遮挡物到模块的距离。

5 C! a9 k" E$ d& h: Z/ V% n

2.要掌握的知识点和设备

/ R% R4 H1 A# x

2.1硬件环境

1 Y* p2 P  E- g9 E. o

我这边用的是HC-SR04模块+STM32F103ZET6开发板+示波器，示波器是帮助分析用，可以验证设计和实际是否一致的工具，可以不要。开发板也只是起一个连接串口调试助手，产生PWM以及输入捕获的一个功能，并不一样要和我一样的开发板，理论上任何一个开发板都可以实现这个功能。

2.2软件知识

& s, v( D- O$ |4 O$ O; B& q( Z1 b

要用上面这套工具实现超声波测距的功能，需要的代码知识点也说过了，这里再提一下。

! u: r. z. @9 @5 y5 I4 \' R5 N

a.PWM输出一个脉冲大于10us的方波到Trig，可以用STM32的定时器输出

; x' }$ C" v' o$ @8 A" c

b.输入捕获Echo接受到的高电平信号，通过测量接受到的高电平时间，即可通过距离=速度*时间/2计算出距离。

c.串口调试，我们要通过串口调试助手打印出测量的时间和距离，可以方便直观的看到我们的结果。

理论上掌握上面三个技能就可以实现超声波测距的这个简单的项目，当然条条大路通罗马，上面的方式也不是唯一的一种。譬如我可以用信号发生器产生方波，就可以不用定时器了。毕竟工具只是工具而已。
( v+ g, e3 K5 s" ~# P6 `: I* Z3 d
8 d6 i  W' j  \) c3.代码编写，代码是参考的正点原子的PWM输出和输入捕获，因为项目原理上面说过了，基本就是这两个功能的叠加。我本来想用HAL库来做，但是CUBEMX生成的代码调试没成功，所以最后还是用的原子的标准库来做的。下面代码截取的是main.c和time.c。也是这个项目里面最重要的两个部分。

1. 
   
2. extern u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA;                //输入捕获状态                                                   
   1 h( \* \5 v! ~, v& r2 M
3. extern u16        TIM5CH1_CAPTURE_VAL;        //输入捕获值        
   
4. int main(void)
   ' [- Y( D9 i. {! w1 U
5. {               
   ( g! V9 U7 o! O
6.          u32 temp=0;
   4 Y2 c& K# \) S, f+ y' q0 {
7.         double ss=0;
   ; Y; @5 O) H5 Q& w8 X7 }; Z
8.         delay_init();                     //延时函数初始化         
   
9.         NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);         //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
   + t, @/ i% A+ m& J% ~" O
10.         uart_init(115200);         //串口初始化为115200
    4 H% M: B1 V) _! ~+ _
11.          TIM3_PWM_Init(71,199);                 //不分频。PWM频率=72000/(899+1)=80Khz
    
12.          TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1);        //以1Mhz的频率计数
    0 P/ N) F1 S, W* i5 j
13.            while(1)
    . e0 ?$ n+ U- b, _" r% c+ X
14.         {
    
15.                  delay_ms(10);
    
16. //                TIM_SetCompare2(TIM3,TIM_GetCapture2(TIM3)+1);
    
17.                 TIM_SetCompare2(TIM3,63);
    
18.                 if(TIM_GetCapture2(TIM3)==300)TIM_SetCompare2(TIM3,0);                                 
    0 Z% i2 m+ t4 S4 i$ A
19.                  if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕获到了一次上升沿
    
20.                 {
    3 c+ r8 q9 r+ U
21.                         temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;
    
22.                         temp*=65536;//溢出时间总和
    2 I6 g; Z% k4 I
23.                         temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到总的高电平时间
    
24.                         ss=temp*340/2/1000;
    5 W# n9 q3 W" L( q$ [: l
25.                         printf("高电平时间:%d us\r\n",temp);//打印总的高点平时间
    
26.                         printf("测试距离为:%3.0f mm\r\n",ss);
    ) {8 `# m' ]  F8 G( ]0 D% Q! z* |" ^
27.                         TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//开启下一次捕获
    2 l- u, h8 i/ m
28.                         delay_ms(500);
    
29.                 }
    " g, q2 n( ^/ g2 L* D9 w
30.         }
    
31. }
    

复制代码

1. 
   
2. void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
   
3. {
   
4.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
   7 q# s7 Z9 Z1 x$ B" ?, F# c0 T* k3 b% Q
5.         NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
   
6. 
   2 _1 d. r: {$ }* C+ \, {3 f3 Y  Y' Q
7.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能
   
8. 
   
9.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值         计数到5000为500ms
   
10.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  10Khz的计数频率  
    
11.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
    * T( k0 d& H& p2 _) ]
12.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    . K: J* N6 P$ Q: l6 H% I  q
13.         TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
    
14. 
    & w1 K6 ^8 z0 `; Q
15.         TIM_ITConfig(  //使能或者失能指定的TIM中断
    & h* M  J8 D  q# A, @& T  h
16.                 TIM3, //TIM2
    0 l6 \; n" H( M
17.                 TIM_IT_Update  |  //TIM 中断源
    
18.                 TIM_IT_Trigger,   //TIM 触发中断源
    4 c- Z* M' ]+ H- Z
19.                 ENABLE  //使能
    8 ?2 z6 Q, }# _6 x% z
20.                 );
    3 d% X$ Z; c5 a/ K9 a) U7 [
21.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;  //TIM3中断
    
22.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //先占优先级0级
    
23.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //从优先级3级
    7 z- d2 e# X; E& o! f
24.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
    
25.         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
    ) h3 g( I9 z2 W( U, M9 p
26. 
    
27.         TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx外设
    
28.                                                          
    
29. }
    
30. 
    ; K: H- N  M" ?2 j! o% W; c/ [5 O$ b
31. void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断
    
32. {
    
33.         if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源
    
34.                 {
    5 g9 C/ W( i1 c. H
35.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源
    
36.                 LED1=!LED1;
      g  m/ u0 y7 q, e2 b7 H
37.                 }
      K5 B' b4 w. g- ~
38. }
    3 F9 B$ Z* ]" b2 z
39. 
    & E& l. L* K. D1 l0 c
40. 
    - D1 _  t9 a# w7 }& ?
41. 
    
42. 
    4 M0 j8 m2 r) e. E1 k4 J
43. //PWM输出初始化
    : k& Z: w+ O) H4 b) E2 r7 z  C
44. //arr：自动重装值
    ( Y- V6 |( e7 q1 L3 ]) p
45. //psc：时钟预分频数
    3 w0 g4 u& s4 c% G6 e
46. 
    
47. void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
    # E+ M2 z0 u8 x1 J
48. {  
    
49.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    8 d6 v% y) O. ?* f' a
50.         TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    $ c; O: B8 o+ J( i. Z
51.         TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
    1 w( H5 r: x  E# ~: O$ `3 R3 e
52.         
    - q" k- H+ ^7 x% g( O2 U) Y5 [
53. 
    8 U9 ]: Q/ r2 t8 Q5 y
54.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    3 m9 {- \6 z5 s2 P; ?
55.          RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟使能
    
56.         
    . U( U1 R7 u* F/ W8 ^% e
57.         GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE); //Timer3部分重映射  TIM3_CH2->PB5                                                                                //用于TIM3的CH2输出的PWM通过该LED显示
    
58. 
    4 H: [0 ]8 D6 O9 z/ b# z# y/ l- b6 u
59.    //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH2的PWM脉冲波形
    ; u5 z8 w% _/ ]) i: C: K, d( y
60.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //TIM_CH2
    
61.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
    
62.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
63.         GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
64.         //GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7,Bit_SET); // PA7上拉        
    
65. 
    
66.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值         80K
    
67.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值  不分频
    
68.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
    9 X) Y2 i# w5 Q8 Z2 h" f" k
69.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    0 G# O8 g  W1 Y1 y4 q6 w
70.         TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
    - S/ S0 ~1 Q  e/ ?
71.         
    
72.          
    
73.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
    4 q8 Q( V# T0 G8 h! ~+ I
74.         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
    
75.         TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //设置待装入捕获比较寄存器的脉冲值
    
76.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性:TIM输出比较极性高
    
77.         TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
    
78.         TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIMx在CCR2上的预装载寄存器
    2 `" n! K9 L- J' w( W1 V1 I# b4 y
79.         
    - P6 T: t8 ^. F$ y! H/ ^- n% c
80.         TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器
    6 \. U# E8 \2 Q/ ^$ K# z
81.         
    + J5 e5 X# c, h
82. 
    
83.         TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx外设
    7 Z) m5 @2 _" H7 j, }
84. 
    
85. 
    
86. }
    % ]) w" {2 B2 Y
87. 
    
88. //定时器5通道1输入捕获配置
    2 ?' ?& [8 Z% p7 x  c& ^
89. 
    # d3 {8 X4 \4 C- i6 p
90. TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;
    
91. 
    ! n) \8 v4 z  i: n" F! J
92. void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
    ) v7 \, O3 G9 }+ e
93. {         
    3 y! {1 H& c0 n9 Z2 a- e
94.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
95.         TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    . C8 u" m$ s, w0 I1 i
96.            NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
97. 
    
98.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);        //使能TIM5时钟
    : K4 s! P+ M  \$ l6 F2 H! @0 Z
99.          RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //使能GPIOA时钟
    4 L7 d# b# C3 M4 B
100.         
     5 n+ S+ N2 v8 q/ g  r
101.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;  //PA0 清除之前设置  
     
102.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 输入  
     
103.         GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
     " b# S  O4 A, Q- m! j' b
104.         GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                                                 //PA0 下拉
     6 x6 v+ J, E  R: {4 p" p
105.         
     7 j; j$ e- v6 h  {: j
106.         //初始化定时器5 TIM5         
     
107.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值
     
108.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;         //预分频器   
     
109.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
     
110.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
     
111.         TIM_TimeBaseInit(TIM5, &TIM_TimeBaseStructure); //根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位
     2 q6 R% I% Z6 z. w3 [8 S+ K& ^) H
112.   
     
113.         //初始化TIM5输入捕获参数
     4 a& Q' A. R4 i5 T
114.         TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //CC1S=01         选择输入端 IC1映射到TI1上
     
115.           TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising;        //上升沿捕获
     
116.           TIM5_ICInitStructure.TIM_ICSelection = TIM_ICSelection_DirectTI; //映射到TI1上
     
117.           TIM5_ICInitStructure.TIM_ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;         //配置输入分频,不分频
     
118.           TIM5_ICInitStructure.TIM_ICFilter = 0x00;//IC1F=0000 配置输入滤波器 不滤波
     
119.           TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);
     
120.         
     6 c, k0 i8 o( \1 c& v$ V7 h& @
121.         //中断分组初始化
     # W4 `& Y! ?# R8 k" x
122.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  //TIM3中断
     5 H. f9 N, a1 F9 g
123.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;  //先占优先级2级
     - ~0 J) u6 {( ?7 O
124.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  //从优先级0级
     5 M: I9 R0 W9 n  Q! M
125.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
     
126.         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
     
127.         
     
128.         TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允许更新中断 ,允许CC1IE捕获中断        
     
129.         
     
130.            TIM_Cmd(TIM5,ENABLE );         //使能定时器5
     
131. }
     ) C9 K" p- s3 s% y# q) E
132. 
     4 B" a; t6 d0 S/ t# J
133. u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;        //输入捕获状态                                                   
     % P7 f7 D2 `: i
134. u16        TIM5CH1_CAPTURE_VAL;        //输入捕获值
     8 `/ A! G% w9 l3 q
135. 
     
136. //定时器5中断服务程序         
     
137. void TIM5_IRQHandler(void)
     
138. {
     
139. 
     9 s9 X! Q7 x. Y4 b* q) [. j! j1 W
140.          if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获        
     2 l; C. ?3 p) U, M$ g
141.         {         
     5 f7 b% O4 c1 F2 C$ p+ o0 a7 Z
142.                 if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)
     ! y; t: {8 J0 J' |
143.                  
     
144.                 {            
     * h- W. ], D4 H7 K& b; J$ k& V
145.                         if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
     
146.                         {
     ' t3 n" o) F5 }. c" _% y6 J: D
147.                                 if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
     
148.                                 {
       _* ]$ {+ D+ B. V
149.                                         TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
     : H  [( M5 B( ~
150.                                         TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
     & @$ [0 n/ K* `+ a5 I
151.                                 }else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;
     ' G% u9 H& L) R) t; d" M  l
152.                         }         
     * W/ u' G! i; F. y  z! j
153.                 }
     * ^$ L! F8 X7 `+ Z1 E* z( ~
154.         if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕获1发生捕获事件
     2 I% l6 S) S$ Y+ N
155.                 {        
     2 V3 \, G* T( N+ p4 X
156.                         if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)                //捕获到一个下降沿                 
     & K2 [# A1 n' ~3 I
157.                         {                                 
     
158.                                 TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;                //标记成功捕获到一次高电平脉宽
     
159.                                 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);
       T9 x, D/ H5 l+ s  P
160.                                    TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
     
161.                         }else                                                                  //还未开始,第一次捕获上升沿
     0 g/ s/ F9 Z9 g0 J' V
162.                         {
     
163.                                 TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;                        //清空
     : K  q5 k& q+ W7 v) s  \, K9 y
164.                                 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;
     
165.                                  TIM_SetCounter(TIM5,0);
     $ n: m9 C7 v+ L* Z3 C  w* |
166.                                 TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40;                //标记捕获到了上升沿
     % n/ ^! Q- u/ i3 y, K, d
167.                                    TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);                //CC1P=1 设置为下降沿捕获
     ( g8 @8 ?9 q. s0 a. y' I2 F/ r
168.                         }                    
     
169.                 }                                                                                    
     ! I+ R2 f( T6 y  W* E
170.          }
     
171. 
     
172.     TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
     4 c* b3 R/ Y" p' ^
173. 
     
174. }
     8 u4 u" S" s+ ]% }  [; i

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8 i1 v$ d  J8 n! O4.硬件连接以及实验照片

" @% B+ I+ u- O( ]; `- p

4.1硬件连接

! T2 ]; P, H5 l5 k) H3 d* U

- }& T$ }! T9 v( b" F
: N& l6 {) f+ l; D4.2串口显示结果

' A4 ?, @3 x0 [

4.3Echo和Trig信号

& Q, H3 ]& X1 Y5 O* b

" v  g  x6 \3 V+ r# n: N8 E基本功能是实现了，以上就是对HC-SR04这个模块的简单介绍和使用分享。当然这个模块也很常见，网上类似的分享也挺多的，但和我一样的肯定没有，起码图片都是我新鲜截取拍摄的，这次的测试也是我花了些心思做出来的，我的小目标就是攒齐3个原创文章，贴一个加V的认证，看了下原创活动是到今年年底，也算是今年的一个年度计划吧，希望可以实现。
; d+ B1 ]  [0 l. J  H) J# N/ V2 }) T  k
PS:附件是我在网上找的一个HC-SR04模块的资料，可以参考，但我看了下好像和我手上这个有点儿不一样，但引脚定义是一样的，不影响整体设计思路，可以看看。