STM32F103——超声波模块

一、工程整体功能概述本工程基于STM32F103 标准库使用通用定时器 TIM2做精准计时驱动 HC-SR04 超声波模块实现距离测量连续采集 5 次距离做均值滤波最后通过串口打印输出距离值测量更稳定、精度更高。核心逻辑TIM2 配置为1ms 定时中断配合定时器计数器微秒级读数拼接得到 Echo 高电平总时长利用超声波测距公式换算成实际距离。二、硬件接线说明HC-SR04 Trig → PB11推挽输出HC-SR04 Echo → PB10浮空输入模块 VCC 接 5VGND 共地三、main.c 源码 详细解析#include stm32f10x.h #include main.h #include stdio.h #include led.h #include tim.h #include usart.h // 简易软件毫秒延时 void delay(uint16_t time) { uint16_t i 0; while(time --) { i 12000; while(i --); } } int main() { float length 0; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); LED_Init(); Base_TIM_Init(); my_usart_init(); HC04_Init(); Get_Length(); while(1) { // 循环读取距离并串口打印 length Get_Length(); printf(%lf\r\n,length); } }代码解析NVIC_PriorityGroupConfig中断分组配置必须放在main最开头整个工程只配置一次规范中断优先级划分。外设初始化顺序LED、TIM2 定时器、串口、超声波引脚依次初始化硬件初始化规范流程。主循环逻辑不用做其他业务循环调用Get_Length()获取距离通过printf串口实时打印。四、tim.c 完整源码 逐行超详细解析#include tim.h #include stm32f10x.h // 记录TIM2中断次数每进一次代表1ms uint16_t mscount 0; // 简易微秒延时 void delay_us(uint32_t us) { us * 8; while(us--); } // 简易毫秒延时 void delay_ms(uint32_t ms) { while(ms--) { delay_us(1000); } } // TIM2 初始化配置为1ms更新中断 void Base_TIM_Init(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeInitStruct; NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct; // 1. 开启APB1总线TIM2时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); // 2. 定时器基础参数配置 TIM_TimeInitStruct.TIM_ClockDivision TIM_CKD_DIV1; // 不分频 TIM_TimeInitStruct.TIM_CounterMode TIM_CounterMode_Up; // 向上计数 TIM_TimeInitStruct.TIM_Period 1000-1; // 自动重装载值 TIM_TimeInitStruct.TIM_Prescaler 72-1; // 预分频器 TIM_TimeInitStruct.TIM_RepetitionCounter 0; // 通用定时器固定填0 // 3. 初始化TIM2、开启更新中断、默认先关闭定时器 TIM_TimeBaseInit(TIM2, TIM_TimeInitStruct); TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE); TIM_Cmd(TIM2, DISABLE); // 4. NVIC中断优先级配置 NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel TIM2_IRQn; NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd ENABLE; NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority 0; NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority 0; NVIC_Init(NVIC_InitStruct); } // HC-SR04 引脚初始化 void HC04_Init() { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruction; // 开启GPIOB时钟 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); // Trig PB11 推挽输出 GPIO_InitStruction.GPIO_Mode GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStruction.GPIO_Pin GPIO_Pin_11; GPIO_InitStruction.GPIO_Speed GPIO_Speed_10MHz; GPIO_Init(GPIOB, GPIO_InitStruction); // Echo PB10 浮空输入 GPIO_InitStruction.GPIO_Mode GPIO_Mode_IN_FLOATING; GPIO_InitStruction.GPIO_Pin GPIO_Pin_10; GPIO_Init(GPIOB, GPIO_InitStruction); } // 开启定时器清零计数器与中断计数 void Open_TIM(void) { TIM_SetCounter(TIM2, 0); mscount 0; TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); } // 关闭定时器 void Close_TIM(void) { TIM_Cmd(TIM2, DISABLE); } // TIM2中断服务函数 1ms进一次 void TIM2_IRQHandler(void) { if( TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) ! RESET ) { mscount; // 清除中断标志位必须写 TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update); } } // 获取Echo高电平总微秒时间 int Get_Echo_Time(void) { uint16_t t 0; // 毫秒数转微秒 当前计数器微秒值 t mscount * 1000; t TIM_GetCounter(TIM2); TIM2-CNT 0; delay_ms(50); return t; } // 采集5次距离取平均值提高稳定性 float Get_Length(void) { uint16_t t 0; float length 0; float sum 0; int i 0; while(i ! 5) { // 给Trig发送20us高电平触发信号 GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_11); delay_us(20); GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_11); // 等待Echo拉高 while( GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_10) 0); Open_TIM(); i; // 等待Echo拉低 while( GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_10) 1); Close_TIM(); // 读取总高电平时间 t Get_Echo_Time(); // 超声波测距公式距离(cm) 高电平时间(us) / 58 length ((float)t / 58.0); sum sum length; } // 5次均值滤波 length sum / 5.0; return length; }五、tim.h 头文件#ifndef TIM_H_ #define TIM_H_ void Base_TIM_Init(void); void HC04_Init(void); void Open_TIM(void); void Close_TIM(void); int Get_Echo_Time(void); float Get_Length(void); #endif作用对外声明定时器、超声波相关函数供 main.c 等外部文件调用。六、定时器定时原理与时间计算1. 定时器时钟STM32F103 主频 72MHzTIM2 挂载在 APB1 总线定时器时钟为 72MHz。2. 配置参数预分频72-1自动重装载1000-13. 计算公式定时周期分频重装载定时器时钟频率T7200000072×1000​0.001s1ms结论TIM2 每 1ms 触发一次更新中断。4. 计时思路全局变量mscount记录中断次数代表毫秒TIM_GetCounter(TIM2)读取当前计数器值代表微秒两者拼接得到高精度微秒级总时长七、HC-SR04 工作原理主控给Trig 引脚发送20us 高电平触发脉冲模块自动发射 8 路 40KHz 超声波遇到障碍物反射模块Echo 引脚拉高主控检测 Echo 高电平时长用公式换算距离距离高电平时间八、整体程序运行流程上电先配置中断分组依次初始化 LED、TIM2、串口、超声波引脚进入死循环反复调用Get_Length()单次测量发触发信号 → 等 Echo 拉高 → 开定时器 → 等 Echo 拉低 → 关定时器计算高电平总微秒时间换算成距离连续测 5 次取平均值串口打印输出循环往复实时测距。九、代码优点与可移植性定时器配置标准规范可直接移植到 TIM3/TIM4采用1ms 中断 计数器微秒读数计时精度高5 次均值滤波解决超声波测距跳变、数据不稳定问题分层清晰定时器底层、超声波驱动、业务应用完全分离标准库写法兼容所有 STM32F103 系列单片机自带软件微秒 / 毫秒延时无需依赖其他延时函数。