1、超声波模块介绍
超声波模块一般使用的都是HC-SR04来进行测距
1）产品特点
HC-SR04 超声波测距模块可提供 2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测
距精度可达高到的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到 3mm ；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
2）基本工作原理
(1)采用 IO 口 TRIG 触发测距，给最少 10us 的高电平信呈。
(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。测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2;
3）实物图
如右图接线，
- Vcc：+5V电源供电
- Trig：输入触发信号（可以触发测距）
- Echo：传出信号回响（可以传回时间差）
- Gnd：接地
4）电气参数
2、超声波模块原理
1）超声波时序图
以上时序图表明你只需要提供一个 10uS 以上脉冲触发信号，该模块内部将发出 8 个 40kHz 周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号 。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。公式：uS/58=厘米或者 uS/148=英寸；或是：距离=高电平时间*声速（340M/S）/2；建议测量周期为 60ms 以上，以防止发射信号对回响信号的影响。
注：
1 、此模块不宜带电连接，若要带电连接，则先让模块的 GND 端先连接，否则会影响模块的正常工作。
2 、测距时，被测物体的面积不少于 0.5 平方米且平面尽量要求平整，否则影响测量的结果
2）实现思路
- 1.直接给trig高电平，然后读取ECHO引脚是否为高电平，若为高电平，则开启定时器，然后继续检测等待其为低电平的时候，获取计数器值，然后进行计算
- 2.开启外部中断，先将ECHO配置上升沿中断，当中断来临的时候，在中断函数里面开启定时器，再将其配置为下降沿中断，等待下降沿中断来临的时候，获取计数器值。
其实上面的两种方法，其思路都是通过计算定时器的counter值，来计算距离
- 3.定时器一路PWM控制触发以及触发周期，超声波返回信号高电平时间用定时器通道捕捉功能获取
定时器输入捕获的使用方法可以参考一下我其他的文章：TIM定时器使用介绍
3、参考代码
1）stm8基于TIM1的ch1输入捕获实现
// 关于超声波测距的宏定义 #define HCSR04_TRIG PC_ODR_ODR0 //PC0为TRIG，输出10us的高电平 #define HCSR04_ECHO PC_IDR_IDR1 //PC1为ECHO，输入一个脉冲信号 #define SYS_CLOCK 16000000 //定义系统当前fmaster频率值15797600UL。 //获取距离的函数 float Hcsr04_getdistance(void) { u16 B_num = 0; u32 Time = 0; float Distance = 0; HCSR04_TRIG = 0; // printf("准备开始测试...\n"); // TIM1_CCR1H=0x00;//清除捕获/比较寄存器1高8位 // TIM1_CCR1L=0x00;//清除捕获/比较寄存器1低8位 TIM1_SR1&=0xF9;//清除CC1IF标志位与CC2IF标志位 TIM1_SR2&=0xF9;//清除CC1OF标志位与CC2OF标志位 TIM1_CCER1|=0x11;//捕获功能使能 // printf("捕获功能开启，等待ECHO信号...\n"); //TRIG给最少 10us 的高电平信呈 HCSR04_TRIG = 1; delay_10us(5); HCSR04_TRIG = 0; // overflow_count = 0; // printf("TRIG已发送 10uS 以上脉冲触发信号...\n"); while((TIM1_SR1&0x02)==0);//等待捕获比较1标志位CC1IF变为“1” // TIM1_CR1|=0x01; //使能TIM1计数器功能“CEN=1” // printf("上升沿信号捕获...\n"); while((TIM1_SR1&0x04)==0);//等待捕获比较2标志位CC2IF变为“1” // printf("下降沿信号捕获...\n"); //取出数据CC2IF位就自动清0 B_num=(u16)TIM1_CCR2H<<8;//取回捕获/比较寄存器2高8位 B_num|=TIM1_CCR2L;//取回捕获/比较寄存器2低8位并与高8位拼合 // printf("B_num:%d\n",B_num); // TIM1_SR1&=0xFB;//清除CC2IF标志位 Time = B_num*1000000/SYS_CLOCK; //脉冲长度单位为us // printf("Time:%d\n",Time); Distance = B_num/16.05*0.017; // printf("Distance:%f cm\n",Distance); TIM1_CCER1&=0xEE;//捕获功能禁止 return Distance; } /****************************************************************/ //TIM1功能初始化函数TIM1_init()，无形参,无返回值 /****************************************************************/ void TIM1_init(void) { //1.CC1通道被配置为输入，IC1映射在TI1FP1上“CC1S[1:0]=01” // 0x000000001 : CC1通道被配置为输入，IC1映射在TI1FP1上； TIM1_CCMR1|=0x01; //2.配置TI1FP1信号边沿极性为上升沿“CC1P=0” // 0x11111101 : 捕获发生在TI1F或TI2F的上升沿； TIM1_CCER1&=0xFD; //3.CC2通道被配置为输入，IC2映射在TI1FP2上“CC2S[1:0]=10” // 0x00000010 : CC2通道被配置为输入，IC1映射在TI2FP2上； TIM1_CCMR2|=0x02; //4.配置TI1FP2信号边沿极性为下降沿“CC2P=1” // 0x00100000 : 1：捕获发生在TI1F或TI2F的下降沿 TIM1_CCER1|=0x20; //5.配置触发输入信号为TI1FP1，“TS[2:0]=101” // 0x01010000 : 选择用于选择同步计数器的触发输入,滤波后的定时器输入1(TI1FP1) TIM1_SMCR|=0x50; //6.配置触发模式为复位触发，“SMS[2:0]=100” // 0x00000100 : 复位模式 – 在选中的触发输入(TRGI)的上升沿时重新初始化计数器，并且产生一个更新寄存器的信号 TIM1_SMCR|=0x04; //7.使能TIM1计数器功能“CEN=1” TIM1_CR1|=0x01; //没有设置在外部触发寄存器(TIM1_ETR)中的采样频率 } //初始化 void HCSR04_Init(void) { //PC1为ECHO，PC0为TRIG //设置TRIG引脚为PC0，TRIG输出一个10us的高电平触发 PC_DDR_DDR0 = 1; PC_CR1_C10 = 1; PC_CR2_C20 = 0; //设置ECHO引脚为PC1，ECHO输入一个脉冲信号，需要用定时器测出持续时间 PC_DDR_DDR1 = 0; //设置为PC1为输入 PC_CR1_C11 = 1; //设置诶上拉输入 PC_CR2_C21 = 0; //带中断 /* PC_DDR_DDR1 = 0; //设置为PD2为输入 PC_CR1_C11 = 1; //设置诶上拉输入 PC_CR2_C21 = 1; //带中断 */ }
2）51实现测距并使用数码管显示（淘宝提供）
//超声波测距 //晶振=8M //MCU=STC10F04XE //P0.0-P0.6共阳数码管引脚 //Trig = P1^0 //Echo = P3^2 #include <reg52.h> //包括一个52标准内核的头文件 #define uchar unsigned char //定义一下方便使用 #define uint unsigned int #define ulong unsigned long //*********************************************** sfr CLK_DIV = 0x97; //为STC单片机定义,系统时钟分频 //为STC单片机的IO口设置地址定义 sfr P0M1 = 0X93; sfr P0M0 = 0X94; sfr P1M1 = 0X91; sfr P1M0 = 0X92; sfr P2M1 = 0X95; sfr P2M0 = 0X96; //*********************************************** sbit Trig = P1^0; //产生脉冲引脚 sbit Echo = P3^2; //回波引脚 sbit test = P1^1; //测试用引脚 uchar code SEG7[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};//数码管0-9 uint distance[4]; //测距接收缓冲区 uchar ge,shi,bai,temp,flag,outcomeH,outcomeL,i; //自定义寄存器 bit succeed_flag; //测量成功标志 //********函数声明 void conversion(uint temp_data); void delay_20us(); //void pai_xu(); void main(void) // 主程序 { uint distance_data,a,b; uchar CONT_1; CLK_DIV=0X03; //系统时钟为1/8晶振（pdf-45页） P0M1 = 0; //将io口设置为推挽输出 P1M1 = 0; P2M1 = 0; P0M0 = 0XFF; P1M0 = 0XFF; P2M0 = 0XFF; i=0; flag=0; test =0; Trig=0; //首先拉低脉冲输入引脚 TMOD=0x11; //定时器0，定时器1，16位工作方式 TR0=1; //启动定时器0 IT0=0; //由高电平变低电平，触发外部中断 ET0=1; //打开定时器0中断 //ET1=1; //打开定时器1中断 EX0=0; //关闭外部中断 EA=1; //打开总中断0 while(1) //程序循环 { EA=0; Trig=1; delay_20us(); Trig=0; //产生一个20us的脉冲，在Trig引脚 while(Echo==0); //等待Echo回波引脚变高电平 succeed_flag=0; //清测量成功标志 EX0=1; //打开外部中断 TH1=0; //定时器1清零 TL1=0; //定时器1清零 TF1=0; // TR1=1; //启动定时器1 EA=1; while(TH1 < 30);//等待测量的结果，周期65.535毫秒（可用中断实现） TR1=0; //关闭定时器1 EX0=0; //关闭外部中断 if(succeed_flag==1) { distance_data=outcomeH; //测量结果的高8位 distance_data<<=8; //放入16位的高8位 distance_data=distance_data|outcomeL;//与低8位合并成为16位结果数据 distance_data*=12; //因为定时器默认为12分频 distance_data/=58; //微秒的单位除以58等于厘米 } //为什么除以58等于厘米， Y米=（X秒*344）/2 // X秒=（ 2*Y米）/344 ==》X秒=0.0058*Y米 ==》厘米=微秒/58 if(succeed_flag==0) { distance_data=0; //没有回波则清零 test = !test; //测试灯变化 } /// distance[i]=distance_data; //将测量结果的数据放入缓冲区 /// i++; /// if(i==3) /// { /// distance_data=(distance[0]+distance[1]+distance[2]+distance[3])/4; /// pai_xu(); /// distance_data=distance[1]; a=distance_data; if(b==a) CONT_1=0; if(b!=a) CONT_1++; if(CONT_1>=3) { CONT_1=0; b=a; conversion(b); } /// i=0; /// } } } //*************************************************************** //外部中断0，用做判断回波电平 INTO_() interrupt 0 // 外部中断是0号 { outcomeH =TH1; //取出定时器的值 outcomeL =TL1; //取出定时器的值 succeed_flag=1; //至成功测量的标志 EX0=0; //关闭外部中断 } //**************************************************************** //定时器0中断,用做显示 timer0() interrupt 1 // 定时器0中断是1号 { TH0=0xfd; //写入定时器0初始值 TL0=0x77; switch(flag) {case 0x00:P0=ge; P2=0xfd;flag++;break; case 0x01:P0=shi;P2=0xfe;flag++;break; case 0x02:P0=bai;P2=0xfb;flag=0;break; } } //***************************************************************** /* //定时器1中断,用做超声波测距计时 timer1() interrupt 3 // 定时器0中断是1号 { TH1=0; TL1=0; } */ //****************************************************************** //显示数据转换程序 void conversion(uint temp_data) { uchar ge_data,shi_data,bai_data ; bai_data=temp_data/100 ; temp_data=temp_data%100; //取余运算 shi_data=temp_data/10 ; temp_data=temp_data%10; //取余运算 ge_data=temp_data; bai_data=SEG7[bai_data]; shi_data=SEG7[shi_data]; ge_data =SEG7[ge_data]; EA=0; bai = bai_data; shi = shi_data; ge = ge_data ; EA=1; } //****************************************************************** void delay_20us() { uchar bt ; for(bt=0;bt<100;bt++); } /* void pai_xu() { uint t; if (distance[0]>distance[1]) {t=distance[0];distance[0]=distance[1];distance[1]=t;} /*交换值 if(distance[0]>distance[2]) {t=distance[2];distance[2]=distance[0];distance[0]=t;} /*交换值 if(distance[1]>distance[2]) {t=distance[1];distance[1]=distance[2];distance[2]=t;} /*交换值 } */
