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。
- R9 {5 M. M' [7 h% Y1.HC-SR04模块实物图和工作原理

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

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

' t( t1 }: m# R- b4 n9 @

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

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。

: ^$ U! e( D1 e

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。

, n0 m0 ]" h( A4 l. i  x/ p

% X! l2 _. n) n/ {% U( x; T9 `$ K2.要掌握的知识点和设备

2.1硬件环境

0 P% i9 @. ]# ^/ p1 l

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。

! a7 Q" H# r6 w. d) H

2.2软件知识

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。

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

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。

3.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. 
   9 r# @3 S5 {$ H1 W6 A4 N
2. extern u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA;                //输入捕获状态                                                   
   & ?5 j  ^: ^" W, P+ W2 |) q
3. extern u16        TIM5CH1_CAPTURE_VAL;        //输入捕获值        
   , m5 E, l9 [$ V# F+ ~; q0 M2 y
4. int main(void)
   # [4 v2 m( z6 i* V
5. {               
   
6.          u32 temp=0;
   
7.         double ss=0;
   : P3 z; s; x5 N8 J% F  i1 T. _1 P
8.         delay_init();                     //延时函数初始化         
     o; l+ o4 U- V. B) E( d7 I8 }: n
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
   5 S$ c6 [8 U5 Z! s4 u% G9 s' E
10.         uart_init(115200);         //串口初始化为115200
      K2 z: W* f# S7 b; V8 t5 Q- N
11.          TIM3_PWM_Init(71,199);                 //不分频。PWM频率=72000/(899+1)=80Khz
    " B$ G4 [$ l2 W5 X! _) R
12.          TIM5_Cap_Init(0XFFFF,72-1);        //以1Mhz的频率计数
    ) b: z' g0 G  Y+ k+ D. F
13.            while(1)
    
14.         {
    ' `" K% E" D5 t. O
15.                  delay_ms(10);
    
16. //                TIM_SetCompare2(TIM3,TIM_GetCapture2(TIM3)+1);
    3 j7 S6 Y, v1 W6 x  b6 R" H  f
17.                 TIM_SetCompare2(TIM3,63);
    $ q  G4 s* a, F
18.                 if(TIM_GetCapture2(TIM3)==300)TIM_SetCompare2(TIM3,0);                                 
    & q5 W" {5 K  b# p
19.                  if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)//成功捕获到了一次上升沿
    ) U, d' R4 s+ n! x" y
20.                 {
    ' O+ y  V# p. q9 O6 V
21.                         temp=TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F;
    
22.                         temp*=65536;//溢出时间总和
    , u* J+ S% I$ M$ N
23.                         temp+=TIM5CH1_CAPTURE_VAL;//得到总的高电平时间
    % U7 N8 e) v9 W& h* C; O9 n" H! ?
24.                         ss=temp*340/2/1000;
    
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);
    
27.                         TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;//开启下一次捕获
    ) s/ p6 H3 R- F) c3 \- q  V
28.                         delay_ms(500);
    8 G, }( J  J4 p
29.                 }
    
30.         }
    ' A; H4 B, @7 T, x) z4 I
31. }
    

复制代码

1. 
   : [  Z8 l- H& l
2. void TIM3_Int_Init(u16 arr,u16 psc)
   
3. {
   
4.     TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
   " `) Q3 V& K/ T5 e. Q
5.         NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
   
6. 
   
7.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE); //时钟使能
   / J1 L: w& O$ L( j* D3 d
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
   0 R. @/ f% @! J" j& J' X/ o
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
    
12.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
    1 g5 W9 E3 q) j& n
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. 
    
15.         TIM_ITConfig(  //使能或者失能指定的TIM中断
    
16.                 TIM3, //TIM2
    
17.                 TIM_IT_Update  |  //TIM 中断源
    
18.                 TIM_IT_Trigger,   //TIM 触发中断源
    
19.                 ENABLE  //使能
    
20.                 );
    
21.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;  //TIM3中断
    # V8 c7 r# g, H1 i4 l# B, z- G- e4 W
22.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;  //先占优先级0级
    0 h% @; O, Z" x$ v, K* s+ @
23.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;  //从优先级3级
    
24.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
    : u0 Z' j2 m  ]' D
25.         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
    
26. 
    
27.         TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx外设
    
28.                                                          
    
29. }
    
30. 
    
31. void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断
    : |& `6 R( |) {8 k
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
    1 K" [% E+ {2 {! b. e2 v8 m. A! a5 E% H
34.                 {
    
35.                 TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update  );  //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源
    
36.                 LED1=!LED1;
    % ?2 B* T" n2 L5 h: x
37.                 }
    
38. }
    
39. 
    
40. 
    
41. 
    
42. 
    
43. //PWM输出初始化
    
44. //arr：自动重装值
    & ^9 Z; S9 D; R; B/ {" J
45. //psc：时钟预分频数
    ! w' h3 B8 Y# Z8 g5 h
46. 
    2 w0 k7 Z% }/ Y) v2 l4 [4 E
47. void TIM3_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
    
48. {  
    
49.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
50.         TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    
51.         TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;
    4 |8 M! w9 e6 |. {
52.         
    2 _0 |& ^  S. T% J( u5 u' h4 Z
53. 
    2 u7 f2 N! ]4 E5 l* p
54.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    ! a( v" B4 J; w0 L9 d3 O8 x: O1 ]1 M! ~
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.         
    
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
    ; s- X, o, f; g* k
58. 
    ) C% Z; v  V' B% ?5 {5 s: H
59.    //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH2的PWM脉冲波形
    
60.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; //TIM_CH2
    ! f# Y' N/ G6 f5 J- `3 x1 J! x% L1 W
61.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  //复用推挽输出
    9 e3 V$ C+ \! L1 W  ?1 p
62.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    
63.         GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    % h4 `; Q% w1 ?+ f3 b8 }* r3 h" ?  l
64.         //GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_7,Bit_SET); // PA7上拉        
    
65. 
    ) g' T6 @  Q# }, y
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
    * c3 l8 M- R& k9 Q6 s' L9 q  L  L1 H
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
    
69.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式
      t+ J7 B4 j4 n, H7 i
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
    6 E! @" s, ^) L5 A
71.         
    ( w, E9 m/ I3 G1 A5 h, f
72.          
    ' C1 k4 i2 D- D! m2 C1 H
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
    
74.         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
    ) C( V( t6 ]2 {" \  n
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
    * B/ r- |0 b: z; p( ^. Y+ G
77.         TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据TIM_OCInitStruct中指定的参数初始化外设TIMx
    + s; c, E9 a& \9 Q
78.         TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIMx在CCR2上的预装载寄存器
    
79.         
    
80.         TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE); //使能TIMx在ARR上的预装载寄存器
    # I9 A0 O4 G$ ~- t# s/ N9 U
81.         
    
82. 
    # u- V; q+ {' A8 g3 M2 h" @
83.         TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIMx外设
    
84. 
    
85. 
    1 X" b/ C. ?; f$ r
86. }
    
87. 
    4 \: Q' B! Z* ~' j& ?
88. //定时器5通道1输入捕获配置
    
89. 
    - m2 F5 e& }2 }9 [
90. TIM_ICInitTypeDef  TIM5_ICInitStructure;
    ( f( H) i5 c5 u  [. j
91. 
    
92. void TIM5_Cap_Init(u16 arr,u16 psc)
    ) o8 ]& s7 x' l" W& c
93. {         
    
94.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    * n4 ~1 w4 d1 ~9 t
95.         TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;
    
96.            NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
97. 
    
98.         RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM5, ENABLE);        //使能TIM5时钟
    
99.          RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);  //使能GPIOA时钟
    
100.         
     & e1 {6 N. W% @4 {& ^
101.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_0;  //PA0 清除之前设置  
     ( h! u  p% F3 l/ \1 J( W+ }
102.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD; //PA0 输入  
     
103.         GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
     
104.         GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0);                                                 //PA0 下拉
     
105.         
     
106.         //初始化定时器5 TIM5         
     9 N9 @! o1 f3 ^8 y$ ~0 J. K
107.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设定计数器自动重装值
     - G* \& [- T+ p5 ^6 o. p9 m
108.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;         //预分频器   
     + d1 b, [. p8 y" D- A7 [; {
109.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; //设置时钟分割:TDTS = Tck_tim
     ! F  L2 L  E' U! m8 l* Z7 t) I: x
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
     9 v6 G) o( _! d4 E* g' B7 R
112.   
     5 b3 S. H/ b$ p/ d8 ~0 W- |7 \
113.         //初始化TIM5输入捕获参数
     2 O5 V6 ^" M+ b1 ]$ n+ w+ q% L# B
114.         TIM5_ICInitStructure.TIM_Channel = TIM_Channel_1; //CC1S=01         选择输入端 IC1映射到TI1上
     * D0 p# ^0 N1 m3 \$ S
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
     # `# U( N% [( x8 y
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
     : t9 {  w  m! H) E; `/ [, _8 u
119.           TIM_ICInit(TIM5, &TIM5_ICInitStructure);
     
120.         
     
121.         //中断分组初始化
     
122.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;  //TIM3中断
     
123.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;  //先占优先级2级
     ) W+ z# k' A% A, N# ?' e
124.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;  //从优先级0级
     9 Z+ a8 i' Q5 F9 ~2 z* r, K0 ]* g
125.         NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道被使能
     9 A- B& j0 n2 ^9 D- Y  m7 ~
126.         NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
     " z" K0 @7 G# M) l6 X( F
127.         
     8 ?- R' L+ Z4 o  H) G) q
128.         TIM_ITConfig(TIM5,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC1,ENABLE);//允许更新中断 ,允许CC1IE捕获中断        
     : m) b2 }% d* f# y1 I& ]& G* g
129.         
     7 H/ F5 ~) W& s: {  ^( B
130.            TIM_Cmd(TIM5,ENABLE );         //使能定时器5
     
131. }
     7 p# U+ \% ~/ s5 v9 \2 B% b
132. 
     , `: a7 d" z% U3 m& u# M& [
133. u8  TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;        //输入捕获状态                                                   
     
134. u16        TIM5CH1_CAPTURE_VAL;        //输入捕获值
     : x- R, P( |+ R  `! G+ X
135. 
     ' O6 l4 h) t/ u8 N
136. //定时器5中断服务程序         
     
137. void TIM5_IRQHandler(void)
     
138. {
     : l2 A, b# Y3 ^2 C2 D
139. 
     
140.          if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X80)==0)//还未成功捕获        
     / Y! h' v4 r" @& ?! g6 j( \3 C  E$ V
141.         {         
     
142.                 if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_Update) != RESET)
       n# U8 b# t- k
143.                  
     
144.                 {            
     
145.                         if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)//已经捕获到高电平了
     
146.                         {
     0 j+ F& T! y$ i
147.                                 if((TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X3F)==0X3F)//高电平太长了
     
148.                                 {
     . h, p7 @& `$ Z9 M
149.                                         TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;//标记成功捕获了一次
     9 @4 a% F. k$ S
150.                                         TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0XFFFF;
     
151.                                 }else TIM5CH1_CAPTURE_STA++;
     
152.                         }         
     6 E7 L" l6 }- A4 U* C6 C/ D* z
153.                 }
     0 \/ z* @, w  M# }% [" e
154.         if (TIM_GetITStatus(TIM5, TIM_IT_CC1) != RESET)//捕获1发生捕获事件
     6 ]+ N. O7 R; r6 ^
155.                 {        
     
156.                         if(TIM5CH1_CAPTURE_STA&0X40)                //捕获到一个下降沿                 
     
157.                         {                                 
     
158.                                 TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X80;                //标记成功捕获到一次高电平脉宽
     * h% \3 k( g7 i# g% c
159.                                 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=TIM_GetCapture1(TIM5);
     
160.                                    TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Rising); //CC1P=0 设置为上升沿捕获
     8 f/ ~* a  c- S* R! B
161.                         }else                                                                  //还未开始,第一次捕获上升沿
     
162.                         {
     + B9 Q6 o; ~2 Y4 X
163.                                 TIM5CH1_CAPTURE_STA=0;                        //清空
     
164.                                 TIM5CH1_CAPTURE_VAL=0;
     ; q( Y7 v" Z/ S7 T' `
165.                                  TIM_SetCounter(TIM5,0);
     
166.                                 TIM5CH1_CAPTURE_STA|=0X40;                //标记捕获到了上升沿
     " x8 O/ H7 @; k3 H1 H" S
167.                                    TIM_OC1PolarityConfig(TIM5,TIM_ICPolarity_Falling);                //CC1P=1 设置为下降沿捕获
     ( o2 s! W' Y0 \4 c
168.                         }                    
     9 `" |- r* C8 b" h% r  h
169.                 }                                                                                    
     
170.          }
     & H9 B- U8 Y- @" L  [2 E' _
171. 
     , k! Z* ?2 ~1 {) S
172.     TIM_ClearITPendingBit(TIM5, TIM_IT_CC1|TIM_IT_Update); //清除中断标志位
     
173. 
     
174. }
     " Q  S) a( k5 M4 J7 ]9 g7 t/ N

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4.硬件连接以及实验照片

8 F* v, _, E4 D' Z) z; n% l

4.1硬件连接

7 x# b' K& I) F! O' c/ r
4.2串口显示结果

3 g6 V+ U. ~  m6 S8 y0 `5 C

4.3Echo和Trig信号

/ e/ A3 F) R1 x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。
8 o6 o( p+ e  ?
7 m1 g; J0 g) Q% e( o5 A5 PPS: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。