stm32教程：HC-SR04超声波模块

大伙早上好啊，这一期给大伙带来一个外设模块 —— HC-SR04超声波模块。
代码例程放在文末，建议大家还是先学一下模块的原理，再学代码。

模块介绍

工作原理

通过Trig引脚触发超声波发射，Echo引脚接收反射信号，测量时间差计算距离。

引脚

VCC：接5V电源

GND：接地

Trig：触发信号输入（接数字引脚）

Echo：回响信号输出（接数字引脚）

电气参数

电气参数	HCSR04超声波模块
工作电压	DC5V
工作电流	15mA
工作频率	40KHz
最远射程	4M
最近射程	2cm
测量角度	15°
输入触发信号	10us的TTL脉冲
输出回响信号	输出TTL电平信号，与射程成比例

关键电路与信号处理

Trig触发电路：

外部控制器（如Arduino）发送高电平脉冲后，模块内部振荡器生成40kHz方波驱动发射器。

Echo信号生成电路：

接收器信号经过放大、滤波后，通过比较器生成高电平脉冲，宽度直接对应往返时间。

抗干扰设计：

模块内置滤波电路，减少环境噪声对接收信号的干扰。

工作流程（时序解析）

步骤1：触发超声波发射

Trig引脚输入信号：

向Trig引脚发送一个至少10µs的高电平脉冲（如Arduino代码中的digitalWrite(Trig, HIGH)）。

触发后，模块内部电路启动，发射8个周期的40kHz超声波脉冲（约持续200µs）。

步骤2：超声波传播与反射

超声波发射：

发射器发出超声波，声波在空气中以340m/s（常温下）的速度传播。

遇到障碍物：

超声波遇到障碍物后反射，返回接收器。

步骤3：接收反射信号

接收器检测信号：

接收器捕获反射的超声波，内部电路将其转换为电信号。

生成Echo信号：

Echo引脚输出一个高电平脉冲，脉冲宽度与超声波往返时间成正比。

步骤4：测量时间差

使用pulseIn()函数：

通过Arduino的pulseIn(Echo, HIGH)测量Echo引脚高电平的持续时间（单位为µs）。

该时间对应超声波从发射到反射接收的总时间（即往返时间）。

步骤5：计算距离

公式推导：
$$距离=\frac{\text{时间差}\times \text{声速}}{2}$$

时间差：Echo引脚高电平持续时间（µs）。

声速：340m/s = 0.034cm/µs（常温下）。

除以2：超声波往返时间需折半，得到单程距离。

代码例程

1. 采用 IO 口 TRIG 触发测距，给最少 10us 的高电平
2. 模块自动发送 8 个 40khz 的方波，自动检测是否有信号返回
3. 有信号返回，通过 IO 口 ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。

$$距离=\frac{\text{时间差}\times \text{声速}}{2}$$

注意：测量周期应为60ms以上，以防止发射信号对回响信号的影响，被测物体的面积应不小于0.5平方米且尽量要求平整，否则会影响结果。

HCSR04.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "HCSR04.h"
#include "Timer.h"
#include "Delay.h"void HCSR04_Init(void)
{RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_CLK, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;//IO 初始化GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HCSR04_TRIG;       	//发送高点平引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;	//推挽输出GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_TRIG);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = HCSR04_ECHO;    	 //返回电平引脚GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;	GPIO_Init(HCSR04_PORT, &GPIO_InitStructure);  GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT,HCSR04_ECHO);Timer_Init(72, 100);
}static void OpenTimerForHc(void)  
{TIM_SetCounter(TIM2,0);msHcCount = 0;TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); 
}//关闭定时器4
static void CloseTimerForHc(void)
{TIM_Cmd(TIM2, DISABLE); 
}float GetEchoTimer(void)
{u32 t = 0;t = msHcCount*1000;			//得到mst += TIM_GetCounter(TIM3);	//得到usTIM3->CNT = 0;  			//将TIM3定时计数器的寄存器清零Delay_ms(50);return t;
}float HCSR04_GetLength(void)
{u32 t = 0;int i = 0;float lengthTemp = 0;float sum = 0;while(i!=5){GPIO_SetBits(HCSR04_PORT, HCSR04_TRIG);//trig发出高电平Delay_us(20);GPIO_ResetBits(HCSR04_PORT, HCSR04_TRIG);//trig发出低电平while(GPIO_ReadInputDataBit(HCSR04_PORT, HCSR04_ECHO) == 0);//echo等待回响OpenTimerForHc();        i = i + 1;//每收到一次，回响信号+1，计算收到5次的平均值while(GPIO_ReadInputDataBit(HCSR04_PORT, HCSR04_ECHO) == 1);//echo等待回响CloseTimerForHc();        t = GetEchoTimer();        lengthTemp = ((float)t/58.0);//cmsum = lengthTemp + sum ;}lengthTemp = sum/5.0;return lengthTemp;
}

HCSR04.h

#ifndef __HCSR04_H
#define __HCSR04_H#define HCSR04_CLK				RCC_APB2Periph_GPIOA
#define HCSR04_PORT 			GPIOA
#define HCSR04_TRIG		 		GPIO_Pin_0
#define HCSR04_ECHO 			GPIO_Pin_1void HCSR04_Init(void);
static void OpenTimerForHc(void);
static void CloseTimerForHc(void);
float GetEchoTimer(void);
float HCSR04_GetLength(void);#endif

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "OLED.h"
#include "Delay.h"
#include "Timer.h"
#include "HCSR04.h"float dis = 0;int main()
{OLED_Init();//函数定义初始化HCSR04_Init();OLED_ShowString(0, 0, "dis:", OLED_8X16);OLED_Update();while(1){dis = HCSR04_GetLength();Delay_ms(500);OLED_ShowFloatNum(0, 16, dis, 4, 4, OLED_8X16);OLED_Update();}}

代码效果

代码例程

链接：小白兔的礼物——HC-SR04超声波模块
提取码：hxgM

结语

这一期，我们从HCSR04的原理讲到了代码的编写，如果大伙有什么疑惑也可以在评论区里提出。或者大伙有什么需要的外设模块的需要，也可以在评论区里提出来。

感谢大伙观看，别忘了三连支持一下

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下期见咯~