Renesas R7FA8D1BH (Cortex®-M85) 上超声波测距模块（HC-SR04）驱动开发

目录

概述

1 软硬件

1.1 软硬件环境信息

1.2 开发板信息

1.3 调试器信息

2 硬件架构

2.1 硬件框架结构

2.2 测距模块（HC-SR04）介绍

2.2.1 HC-SR04特性

2.2.2 HC-SR04操作时序

2.2.3 计算距离

3 软件实现

3.1 FSP配置项目

3.1.1 配置IO口的外部中断

 3.1.2 配置定时器

3.2 代码架构

 3.3 驱动实现

4 测试

4.1 编译代码

4.2 验证

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源代码下载地址：

https://www.firebbs.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=37943

概述

本文主要介绍Renesas R7FA8D1BH (Cortex®-M85) 上超声波测距模块（HC-SR04）驱动开发的过程，笔者介绍了HC-SR04测距模块驱动的实现原理，并使用FSP配置外围驱动接口，并编写驱动代码，实现测距的功能。在Renesas R7FA8D1BH板卡上通过改变距离参数验证驱动程序的功能。

1 软硬件

1.1 软硬件环境信息

软硬件信息	版本信息
Renesas MCU	R7FA8D1BH
Keil	MDK ARM 5.38
FSP 版本	5.3.0
调试工具：N32G45XVL-STB	DAP-LINK

1.2 开发板信息

笔者选择使用野火耀阳开发板_瑞萨RA8，该板块的主控MCU为R7FA8D1BHECBD，7FA8D1BHECBD的内核为ARM Contex-M85。

1.3 调试器信息

对于R7FA8D1BHECBD芯片，其使用的内核为Cortex®-M85 Core, ST-LINK-V2或者J-LINK-V9不支持下载和调试功能。笔者经过多次尝试，发现N32G45XVL-STB板卡上自带的DAP-LINK可以下载和调试R7FA8D1BHECBD。

下图为N32G45XVL-STB开发板实物图：

2 硬件架构

2.1 硬件框架结构

IO接口配置功能：

触发信号接口P7_10： 送触发信号（10us）的脉冲

测距数据响应接口P7_09: 该IO配置外部中断响应模式，用于接收HC-SR04发回的脉冲信号

TIMER-0: 配置为10us响应速度，用于计算数据的脉冲宽度

系统工作框架结构如下：

2.2 测距模块（HC-SR04）介绍

2.2.1 HC-SR04特性

2.2.2 HC-SR04操作时序

工作原理：

Step -1: TRIG IO 收到10us 高电平

step - 2:  SR04自动发送8个40hz方波，并检测是否有信号返回

step - 3：SR04检测到返回信号，ECHO IO发送高电平，高电平持续时间为SR04发送波信号到返回波信号的时间。

具体工作波形图如下：

2.2.3 计算距离

以厘米为单位计算公式：

距离 = us/58(单位： cm), us为ECHO IO接收的高电平的持续时间，时间单位为: 微妙

以英寸为单位计算公式：

距离 = us/148(单位： 英寸), us为ECHO IO接收的高电平的持续时间，时间单位为: 微妙

3 软件实现

3.1 FSP配置项目

3.1.1 配置IO口的外部中断

1） 创建外部中断stack

2）配置参数

需要配置的参数如下：

1）选择通道号

2）回调函数

3）IO接口

 3.1.2 配置定时器

1）创建定时器的stack

2）配置参数

需要配置的参数如下：

1）通道号

2）周期

3)  最小周期单元

4）中断回调函数

 

3.2 代码架构

完成以上参数配置后，就可以使用FSP生成工程代码，其代码架构如下：

 3.3 驱动实现

1）初始化函数

函数static void timer5_Init(void)：实现定时器的驱动初始化功能

代码32行：打开定时器

代码36行：启动定时器

代码39行：启动计数功能

函数：void HC_SR04_Init ( void )：实现HC_SR04模块初始化功能，该函数可以被外部其他函数调用

代码48行： 代码IO外部中断aima

代码52行：打开外部中断

代码55行：调用定时器初始化函数，启动定时器，以实现计算脉冲宽度功能

2）触发函数和定时器回调函数

 3）外部中断回调函数

代码90行：启动定时器，开始计数

代码94行：停止定时器

代码95行：计算距离数据

 源代码文件如下：

 /*FILE NAME  :  sht2x.cDescription:  user sht20 interface Author     :  [e-mail]       :  2024/06/03*/
#include "hal_data.h"
#include "hc_sr04.h"#define timeDelayUS(us)      R_BSP_SoftwareDelay(us, BSP_DELAY_UNITS_MICROSECONDS);#define ICU_IRQN_PIN         BSP_IO_PORT_07_PIN_09
#define ICU_IRQN             10#define TRIG                 BSP_IO_PORT_07_PIN_10#define TRIG_H  R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, TRIG, BSP_IO_LEVEL_HIGH)
#define TRIG_L  R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, TRIG, BSP_IO_LEVEL_LOW)static bool bl_trigger = false;
static uint32_t tick_cnt_1us;
static int state =0;static float distance;static void timer5_Init(void)
{fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;/* Initializes the module. */err = R_AGT_Open(&g_timer5_ctrl, &g_timer5_cfg);/* Handle any errors. This function should be defined by the user. */assert(FSP_SUCCESS == err);/* Start the timer. */err = R_AGT_Start(&g_timer5_ctrl);assert(FSP_SUCCESS == err);err = R_AGT_Enable(&g_timer5_ctrl);assert(FSP_SUCCESS == err);
}void HC_SR04_Init ( void )
{/* Configure the external interrupt. */fsp_err_t err = R_ICU_ExternalIrqOpen(&g_external_irq10_ctrl, &g_external_irq10_cfg);assert(FSP_SUCCESS == err);/* Enable the external interrupt. *//* Enable not required when used with ELC or DMAC. */err = R_ICU_ExternalIrqEnable(&g_external_irq10_ctrl);assert(FSP_SUCCESS == err);timer5_Init();
}void HC_SR04_Trigger( void )
{bl_trigger = true;TRIG_H;timeDelayUS(10);TRIG_L;state = 0;
}void g_timer5_Callback (timer_callback_args_t * p_args)
{if (TIMER_EVENT_CYCLE_END == p_args->event){tick_cnt_1us++;}
}/* Called from icu_irq_isr */
void external_irq10_callback (external_irq_callback_args_t * p_args)
{fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;(void) p_args;switch( state ){default:case 0:tick_cnt_1us = 0;state = 1;err = R_AGT_Enable(&g_timer5_ctrl);assert(FSP_SUCCESS == err);break;case 1:err = R_AGT_Disable(&g_timer5_ctrl);distance = (float)(tick_cnt_1us/5.8);state = 0;tick_cnt_1us = 0;assert(FSP_SUCCESS == err);break;}
}void debug_SR04_LOG( void )
{user_get_rtc();
}float HC_SR04_getDistance( void )
{return distance;
}/* End of this file */

4 测试

4.1 编译代码

系统硬件平台如下：

编译代码下载到板卡中运行：

4.2 验证

改变距离后，在OLED得到当前的距离数据：