学习STC51单片机13（芯片为STC89C52RC）

我去，兄弟们我们今天来学习一个牛逼 的硬件，它叫超声波测距模块HC—SR04

硬件：HC—SR04

哎，想当初最想要玩的就是这个模块，科技感十足，那现在就让我们玩玩吧

超声波测距传感器

原理就是说需要给Trig 10us的高电平，相当于是一个信号，到模块内部，模块内部有脉冲模块一直向着外部发送超声波，此时echo由低电平变成了高电平，然后如果有障碍物了，那么返回到echo里面会由高电平转换为低电平，计算的就是echo接收的第一个波到最后一个波，由高电平到最后一个波结束变成低电平的时间

        因为你可以拿  0001（1）  0010（2）  0100（3） 1000（4） 这个几个二进制数从1转换到4，你一个个转换会发现就是有这个规律 ：二进制左移一位相当于x2的一次方  左移8位相当于左移2的8次方

超声波的时序图：（这也是我们第一次接触时序图）

这个是我们的最终代码，其中有很多的优化细节 都是为了测试硬件和提高稳定性的，所以有些代码不是功能的实现，而是细节的提升

#include "reg52.h"

#include <intrins.h>  // 包含_nop_()函数

sbit D5 = P3^7;     // 黄灯（距离<10cm时亮）

sbit D6 = P3^6;     // 蓝灯（距离≥10cm时亮）

sbit Trig = P1^5;   // 超声波触发引脚

sbit Echo = P1^6;   // 超声波接收引脚

// 精确延时函数

void Delay10us()    //@11.0592MHz

{

    _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

    _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_();

}

void Delay50ms()    //@11.0592MHz

{

    unsigned char i, j;

    i = 90;

    j = 163;

    do

    {

        while (--j);

    } while (--i);

}

void Delay100ms()   //@11.0592MHz

{

    unsigned char i, j;

    i = 183;

    j = 105;

    do

    {

        while (--j);

    } while (--i);

}

// 定时器0初始化（16位模式）

void Time0_Init()

{

    TMOD &= 0xF0;   // 清零T0模式位

    TMOD |= 0x01;   // 设置T0为模式1（16位定时器）

    TH0 = 0;        // 初始化计数寄存器

    TL0 = 0;

    TR0 = 0;        // 初始不启动定时器

}

// 触发超声波测距

void Trigger_HC_SR04()

{

    Trig = 0;

    _nop_();

    Trig = 1;       // 发送至少10μs的高电平触发信号

    Delay10us();

    Trig = 0;

}

// 主函数

void main()

{

    unsigned int Time;    // 超声波飞行时间（μs）

    unsigned int Distance;  // 距离（cm）

    unsigned int timeout;   // 超时计数器

    unsigned char i;        // 定义循环变量（解决编译错误）

    

    Time0_Init();           // 初始化定时器

    

    // 上电自检：LED交替闪烁3次

    for(i=0; i<3; i++) {    // 修正后的for循环

        D5 = 0; D6 = 1;     // 黄灯亮

        Delay100ms();

        D5 = 1; D6 = 0;     // 蓝灯亮

        Delay100ms();

    }

    

    // 默认状态：蓝灯亮（表示距离≥10cm）

    D5 = 1;

    D6 = 0;

    

    Delay100ms();          // 等待传感器稳定

    

    while(1)

    {

        // 确保Echo初始为低电平（否则可能是传感器异常）

        if(Echo == 1) {

            D5 = 1; D6 = 1;  // 双灯亮表示异常

            Delay100ms();

            continue;

        }

        

        // 触发测距

        Trigger_HC_SR04();

        

        // 等待Echo变高（添加超时：约10ms）

        timeout = 10000;

        while(Echo == 0 && --timeout);

        if(timeout == 0) {

            D5 = 1; D6 = 1;  // 超时错误：双灯亮

            Delay50ms();

            continue;

        }

        

        // 启动定时器

        TH0 = 0;

        TL0 = 0;

        TR0 = 1;

        

        // 等待Echo变低

        timeout = 65535;

        while(Echo == 1 && --timeout);

        TR0 = 0;

        

        // 计算距离（仅在未超时的情况下）

        if(timeout != 0) {

            // 计算时间（晶振补偿：11.0592MHz需要乘以1.085）

            Time = (TH0 * 256 + TL0) * 1.085;

            

            // 计算距离（单位：cm）

            Distance = Time * 17 / 1000;  // 等价于Time * 0.017

            

            // 根据距离控制LED

            if(Distance < 10) {  //如果 timeout 没有减到 0（即 Echo 信号在超时之前成功从高电平变回低电平）

                 D5 = 0; D6 = 1;  // 蓝灯亮：距离大于小于10cm

            } else {

 D5 = 1; D6 = 0;  // 黄灯亮：距离大于10cm

                          }

        } else {

            D5 = 1; D6 = 1;  // 超时错误：双灯亮

        }

        

        Delay50ms();  // 测量间隔，避免频繁触发  手册规定两次间隔至少60ms（哎我这边写50也无所谓的）

    }

}

当然我这个是优化过了的代码，因为之前的代码不稳定，容易实现不了功能你们可以拿去试试水

旧代码

这个代码有几点 需要重要解释的就是计算

首先时间的计算，本质就是计算echo的高电平到低电平的时间

那么我们定时器的TH0 和TL0 是发挥作用的，因为他们记录了次数，每次是1.085us，因为晶振的频率是11.059Mhz，我们定时器的模式又是16位，所以我们又要知道TH0和TL0是8位寄存器，高八位给TH0，低八位给TL0，记录的都是次数，我们将低八位让给TL0  其实就是这个效果啦

10101011  要变成1010101100000000（这个是一个二进制格式），那么我们该怎么办呢其实就是用到了这个方法

二进制左移一位相当于x2的一次方  左移8位相当于左移2的8次方

你看这个图就非常明显了，DEC是十进制这个数为65535是2的16次方，也就是16位2进制能有多少种搭配个数，那我们这个 前面8位数TH0的位置  后面8位数TL0的位置，所以我们可以根据这个信息来获取次数，我们通过二进制的数据来转换成10进制的次数，那么这个次数就可以与每次1.085us进行相乘得出总的时间

还有一个要注意的是距离的计算，有个公式叫做距离=速度 x 时间 但是由于我们这个超声波的话是这样的，时间多付出一倍，所以距离要/2的，一来一回

声音的速度为340m/s 

随后根据公式就可以算出距离了。

最后我们来一些Tips：

对于第一个timeout设置为10ms是为什么?????

10ms 就是一个“兼顾大家”的折中值​​，既不过短（避免误判），也不过长（避免卡死），属于​​经验性参数​​。它的合理性可以从这几个角度理解

1. ​​“大家”是谁？​​

• ​​硬件层面​​：超声波模块（如 HC-SR04）的典型响应时间在 ​​微秒级到几毫秒​​（例如，测距 1 米时，Echo 变高延迟约 5.8ms，但实际传感器内部电路响应可能更快）。
• ​​软件层面​​：嵌入式系统通常需要 ​​快速失败​​（避免因硬件故障导致整个系统僵死）。
• ​​用户体验​​：10ms 对人类来说几乎无感（LED 报错时用户不会觉得“卡顿”）。

就是Trig高电平进去之后，我们这个就要进行判断了，因为：超声波模块（如 HC-SR04）的典型响应时间在 ​​微秒级到几毫秒​

所以

• 只要 Echo 仍然为 0（低电平）​​并且​​ timeout 自减后仍不为 0，就继续循环。
• 如果 Echo 变为 1（高电平）​​或者​​ timeout 减到 0，循环终止。

​​Echo 高电平的持续时间（从第一个有效回波触发变高，到最后一个回波处理完毕变低）直接对应超声波往返的时间​​，而这个时间可以用来计算距离

这段代码有点意思：

 timeout = 65535;

        while(Echo == 1 && --timeout);

        TR0 = 0;

• 如果 Echo 正常变低（测距完成），循环退出。
• 如果 Echo 因硬件故障一直保持高电平，timeout 会递减至 0，强制退出循环（避免死等）。

​4. 为什么 timeout 初始值设为 65535？​​

• ​​65535（0xFFFF）是 16 位无符号整数的最大值​​，确保超时时间足够长（约 71ms @11.095MHz 51单片机）。
• ​​覆盖最大测距​​：
  • HC-SR04 最大测距约 5 米，对应 Echo 高电平时间 ≈ 29ms（580µs/cm × 500cm）。
  • 设置 timeout = 65535 可确保即使测最远距离也不会误触发超时。

5米最大测距​​ = 硬件限制（Echo 最大 29ms） + 声波衰减。

3. 实例验证​​

​​场景1：正常测距（Echo 按预期变低）​​

• Echo 从 1 → 0（耗时 5ms），timeout 从 65535 减到 60000（未到 0）。
• ​​结果​​：timeout != 0 → 进入 if 分支，计算距离。

​​场景2：超时异常（Echo 保持高电平）​​

• Echo 始终为 1，timeout 从 65535 递减至 0（耗时约 65ms）。
• ​​结果​​：timeout == 0 → 进入 else 分支，双灯亮报错。

​​场景3：干扰导致 Echo 异常变低​​

• Echo 因干扰短暂变低，但 timeout 未减到 0（如剩余 10000）。
• ​​结果​​：timeout != 0 → 仍进入 if 分支，但计算的距离可能无效（需软件滤波处理）。