超声波测距原理
利用HC-SR04超声波测距模块可以实现比较精确的直线测距，其测距原理图如下：



. \% I+ ~) v4 G! i  w: Z( pHC-SR04的一端发出超声波，接触到反射物后反射，被另一个端口接收到，所以只要知道发射和接收的时间差，就可以根据声波传播的速率算出HC-SR04和反射物直接的距离。
( l9 y* `4 Q4 X2 d+ R所以实现超声波测距就需要俩个条件：
! v3 h8 u' \2 u6 z9 i. q2 Y& Z- S% B发射和接收的时间差
超声波传输的速率
# M# B7 Z% Y. eHC-SR04工作原理
) Z4 o& U% Y$ hHC-SR04模块的电气参数如示：
6 k8 H, r5 C+ v$ E( k: z( u3 h

7 Y1 U% f3 G( w& T+ N/ a
HC-SR04模块的实物图如示：
1 v# S9 A3 C3 h8 ~. p
: Q8 J# a# @; |7 ^1 `4 v
. N* b' ~( T% {2 r. v$ ?
有四个引脚：
( u% T& N/ q& P2 T$ N$ y! C9 K7 G: }; pVcc：+5V电源供电
* T2 A3 ?+ M6 H+ T. Y  U+ \% RTrig：输入触发信号（可以触发测距）
  U. E6 t% Y9 }$ h1 y5 |Echo：传出信号回响（可以传回时间差）
, u+ n% G1 U2 k0 _Gnd：接地
, T8 u% T0 \$ W  J  I1 {
7 A, V, e+ c8 C% U+ Q, k1 X用Trig和Echo引脚实现测距的流程：
: M& Y- z0 V. B) ~: S1.通过Trig输出一段至少10us的高电平（脉冲），触发一次测距，超声波在传输的过程中Echo一直输出高电平。
2.在Trig脉冲输出后，立即检测Echo引脚的电平，测出Echo高电平持续的时间t，t就是超声波在所测距离一个来回所需时间。

测距时序图如示：



  G2 i: a: [- V& dSTM32实现驱动
利用STM32驱动HC-SR04需要做好几个关键点：
% C- x4 h0 h7 T+ i7 ^引脚的配置
时序的控制
7 H* O* s% l. d( H时间差的测量

3 k4 ]. e5 X; F7 V下面来分开实现几个关键点
' k! |: e' Q% k/ u9 W7 S0 ?
1.引脚的配置
3 o4 X# Z5 A  s* V+ A8 VHC-SR04四个引脚，Vcc和Gnd直接接在开发板的电源上即可，主要是Trig和Echo引脚的配置，我选择了PB1连接Trig引脚、PB2连接Echo引脚。
因为要控制Trig输出电平，所以PB1引脚模式是推挽输出GPIO_Mode_Out_PP
. i' v% t, A! r0 l& q3 h: ]6 ]1 iEcho要检测高电平持续的时间，所以PB2引脚模式是浮空输入GPIO_Mode_IN_FLOATING
相关的配置代码如下：
; [5 ^% r+ @0 L

1. void SR04_GPIO_Init( void )
   , u( o, F* F4 q! f8 z4 e. O
2. {
   # O# e( T) H0 V  M
3.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
   
4.         RCC_APB2PeriphClockCmd( Trig_Clock  |Echo_Clock , ENABLE );
   
5.        
   + W2 s% {3 L( [6 _& u8 K! {
6.         GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
   8 m1 e9 h3 S/ I) ]% r, [
7.         GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = Trig_PIN;
   
8.         GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   
9.         GPIO_Init(Trig_PORT, &GPIO_InitStruct);
   * k0 [( F% G" w! [. V1 I4 x
10.        
    
11.         GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    $ C0 p4 z  \9 |, g0 W2 M
12.         GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = Echo_PIN;
    
13.         GPIO_Init(Echo_PORT, &GPIO_InitStruct);
    
14. }
    

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2.时序控制
HC-SR04的时序是：先来一段10us的Trig高电平，接着接收一段Echo的高电平，伪代码如下：

1. #define Trig_H  GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1)
   # ]7 m% e  N# B, d! [; E
2. #define Trig_L  GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1)
   $ N: K* E+ _+ }% ]
3. 
   
4. /* Trig给一个至少10us的高电平，超声波进行一次测距 */
   
5.         Trig_H;
   2 b+ o2 ~2 m8 c# T) N# J9 b
6.         Delay_us( 10 );
   3 f. v6 ?1 l$ u+ l' ]
7.         Trig_L;
   
8. /* 等待Echo高电平 */
   

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* F2 N2 k* P) e7 P3.时间差测量
+ z0 w' s- F, l这个是最重要的一步，要测量Echo高电平持续的时间，因为光传播的速率是340m/s，而测距的范围大多是cm级别，所以相应Echo高电平持续的时间也就是us级别的。
! v1 y7 I, Y7 P6 T所以，测量时间差的条件就比较苛刻，我是利用SysTick（系统计数器）的原理实现计时的。SysTick计数器原理是对通过SysTick_Config()函数配置每俩次中断之间的节拍数，也就是俩次中断之间的机器周期，我大概算出了，测出0.1cm距离的Echo高电平时间约为6um，而系统时钟的频率是72MHz，所以配置每俩次中断之间的节拍为432的时候，进入一次中断就代表0.1cm的距离，所以只需要记录进入中断的次数就可以算出距离。通过一个全局变量在中断函数中自增来记录中断次数。SysTick_Config函数源代码如下：

1. static __INLINE uint32_t SysTick_Config(uint32_t ticks)
   9 j' X0 p4 N9 J% R9 Z) W
2. {
   
3.         /* 判断ticks 是否超出装填值和重装值的最大值 */
   9 ^5 t5 a  Z/ I
4.   if (ticks > SysTick_LOAD_RELOAD_Msk)  return (1);            
   
5.   
   
6.   /* 配置 装载寄存器 */       
   
7.   SysTick->LOAD  = (ticks & SysTick_LOAD_RELOAD_Msk) - 1;     
   
8.         /* 配置 内核中断的优先级，也是在NVIC中 */
   
9.   NVIC_SetPriority (SysTick_IRQn, (1<<__NVIC_PRIO_BITS) - 1);
   % F0 {$ B5 O0 ]7 ~1 Z, y
10.         /* 加载计数器的值 */
    
11.         /* SysTick->VAL是当前数值寄存器的值 */
    % v1 Q# t% k. I: E
12.   SysTick->VAL   = 0;      
    ( {$ J2 j" {1 s
13. 
    1 g/ Y, _& J/ m- s
14.         /* CTRL是SysTick控制及状态寄存器：
    ! s. I8 a6 r1 i- [8 I: [
15.                 CLKSOURCE：位段2 时钟源选择，0=APB/8；1=APB  APB即72MHz
    ) C' A% Q% B/ L+ N
16.           TICKINT:   位段1 当置为1时，计数器递减到0时会产生中断请求；当置为0时无动作
    
17.           ENABLE：   位段0 使能位，可以启动SysTick定时器*/
    
18.         SysTick->CTRL  = SysTick_CTRL_CLKSOURCE_Msk |
    
19.                    SysTick_CTRL_TICKINT_Msk   |
    / r; S; ^. S! Q
20.                    SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;                  
    - p8 }# g$ G2 F3 u& H: f4 O
21.   return (0);                                             
    
22. }
    , z+ v, ~! G! W- }% ^* U$ f
23. 
    

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SysTick的具体原理可以参考一下我之前的博客：SysTick原理
9 N: T+ y' |: F" d
/ v) T* D; N$ Z. ?注意：SysTick_Config()函数执行完就开启了中断，所以必须在Echo为低电平后及时关闭中断，并且将记录中断的变量清零。

. m/ @4 l4 E- U; i; \中断函数如示：
5 k) c* y$ ]0 `( N

1. /* 用extern和volatile关键字修饰的 全局变量n */
   
2. extern volatile uint32_t n;
   
3. 
   5 ~* ^' y, G- @* v% |, z1 }: F2 H
4. void SysTick_Handler(void)
   5 j3 I% x5 {  Q
5. {
   
6.         n++;
   
7. }
   ! w2 [* Z5 B. I! S. ]2 E5 B! Y, ^

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关闭中断及清零n的代码如下：

1. /* 本来的使能位取反 */
   
2. SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
   

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SysTick->CTRL寄存器的0位控制着中断的使能，具体情况在之前SysTick的博客中已做详细说明。
' K& i  T3 `$ ^, y) M/ l
  M6 P2 A( }) ~- P$ A2 A4.如何将距离测出来
我在main函数中实现了距离的测量，并且通过串口打印函数将距离传到上位机，具体代码如示：
+ p- X( F" Y, z0 z, P. i* J) z9 D

1. int main(void)
   
2. {
   
3. 
   0 ^4 D/ W: Z% `% z1 b# b+ B
4.         int i=1,q;
   
5.         float p;
   ) H* Q0 Y2 I* @" z  `
6.         /* HC-SR04模块引脚初始化 */
   4 Z: B' C& ~# l* H7 n7 F; {
7.         SR04_GPIO_Init();
   
8.         /* 串口相关配置 */
   - u0 ]( Y9 }0 s6 w: Q
9.         GQ_UART_Config();
   
10.         /* 打印调试信息 */
    
11.         printf("慢漫的测距实验\n ");
    7 B. x: z' T; x
12.        
    
13.        
    6 e# c9 q+ ]3 a: x; a& u) R3 J4 J
14.         while( 1 )
    " Z. e6 {8 Z8 i, Q
15.         {
    
16.                 /* 每0.5s测一次距离 */
    8 ^( l+ n& w# X! ?2 r# e% a. x  M
17.                 Delay_ms( 500 );
    
18.        
    
19.                 /* Trig给一个至少10us的高电平，超声波进行一次测距 */
    
20.                 Trig_H;
    
21.                 Delay_us( 10 );
    3 G/ x7 q9 j$ y# v: ]+ p7 D
22.                 Trig_L;
    
23.                 /* 等待Echo高电平 */
    ! N& F9 z" n! X7 n) S* R' G
24.                 while( Echo_Value != 1 );
    6 M7 E; r8 i' g
25.                 /* 打开中断，对Echo高电平时间计时 */
    3 H9 o+ s* `- ?  U: k) s
26.                 /* 配置计数器的装载值是72*6=432，即一次中断6um，正好是超声波的0.1cm，所以中断次数n对应着n*0.1cm */
    
27.                 /* SysTick_Config()中已经使能计数器了,所以无需再开启        */
    ' j" u, @" q) I$ S3 B) m! E( n9 R8 S
28.                 SysTick_Config( 432 );
    
29.                 /* 等待直到Echo为低电平 */
    % y+ R0 B6 O0 c; w
30.                 while(Echo_Value == 1);
    1 ]# T  b) A% _3 q7 E
31.                 /* 关闭中断，通过参数n来取得距离参数 */
    
32.                 /* 本来的使能位取反 */
    0 e- Z5 x9 _+ D1 _
33.                 SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;
    % I+ x; m( i0 {; u/ u
34.                 /* p、q分别是距离的整数部分和小数部分 */
    
35.                 p=n/10;
    9 t( A4 Q- r4 K2 [9 v; i. {2 X
36.                 q=n%10;
    6 E8 l3 O9 u) Q3 u; m
37.                 /* 打印距离信息 */
    
38.                 /* p-50时经过调试的，因为测量的距离和诸多因素有关，这个操作减小了误差 */
    8 b7 K$ o: p% ~! ^4 Y
39.                 printf("第%d次测量为：%.0f.%dcm\n",i,p-50,q);
    
40.                 i++;
    
41.                 /* 清零中断记录变量n */
    9 `$ F; s' B+ x. S; X- B
42.                 n=0;
    3 |1 o% A: \' [# K7 p, t* y7 n' o! n
43.         }
    4 p0 O+ H6 Q2 `- t3 u3 W6 P4 n
44.        
    ) _+ X& m: ^. X0 G: ?
45. }
    2 e) @: p, u, j8 m+ y

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+ M8 c0 a0 n! l& `5 g4 d————————————————
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