基于STM32F103的超声波测距实现（HC-SR04 + TIM2）

原创 已于 2025-03-04 12:52:16 修改 · 1.3k 阅读 · 24 ·
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#stm32 #嵌入式硬件 #单片机

于 2025-03-02 13:24:28 首次发布

前言

鉴于本人之前写过一篇关于STM32F103搭配HCSR04模块实现测距功能的文章，内容不清楚代码相对混乱以及源码未放出，可能对读者造成一定误导，现重新整理了一份，代码相对比较垃圾仅供参考，希望对有需求的提供一点帮助。旧文章链接https://blog.youkuaiyun.com/weixin_44234294/article/details/114147929?spm=1001.2014.3001.5501

HC-SR04超声波测距模块技术详解

在这里插入图片描述
HC-SR04是一款广泛应用的超声波测距模块，基于超声波回波时间测量原理实现非接触式距离检测。其低成本、高可靠性、易用性等特点，使其成为机器人避障、液位检测、智能家居等领域的常用传感器。以下是该模块的详细技术信息。

一、模块概述

1. 基本功能

  1. 测距原理：发射超声波（40kHz），接收回波，通过计算发射与回波的时间差（Time of Flight, ToF）计算距离。
  2. 测距范围：2cm ~ 400cm（理论值），实际有效范围约2cm ~ 300cm（受环境温度、障碍物材质影响）。
  3. 分辨率：约0.3cm（依赖定时器精度）。
  4. 工作电压：5V DC（兼容3.3V逻辑电平）。
  5. 工作电流：静态<2mA，触发时约15mA。

2. 模块外观与引脚定义

引脚名称功能描述连接方式
VCC电源输入（5V）接5V电源
Trig触发信号输入（高电平脉冲）接MCU的GPIO（输出）
Echo回响信号输出（高电平脉冲）接MCU的GPIO（输入）
GND电源地接GND

二、工作原理

1. 工作流程

触发信号：

  1. MCU向Trig引脚发送至少10µs的高电平脉冲。
  2. HC-SR04收到触发信号后，自动发射8个周期的40kHz超声波。

回波检测：

  1. 模块内部接收器检测到回波后，Echo引脚输出高电平脉冲，脉冲宽度与超声波往返时间成正比。
  2. 计算公式
    在这里插入图片描述

2. 时序图

在这里插入图片描述
Trig脉冲：最小10µs，建议10~20µs。
Echo脉冲：最大持续时间约38ms（对应6.5米），实际应用中建议设置超时检测（如30ms）

三、关键参数

1. 电气特性

参数值
工作电压5V ±0.5V
工作电流（静态）<2mA
工作电流（触发时）~15mA
超声波频率40kHz
探测角度≤15度（圆锥形）

2.性能参数

参数值
最小检测距离2cm
最大检测距离400cm（理论）
实际有效距离20cm ~ 300cm
测量精度±3mm（理想条件）
响应时间<100ms

代码思路

  1. 将Trig引脚介入单片机PB8引脚，Echo引脚接入PB9（可自由选择合适引脚），然后配置定时器（可自由选择，本人选择了定时器2）；
  2. 定时器2的配置是关键。要求1MHz频率，即每个计数1微秒，这样计算时间比较方便。需要计算预分频值，系统时钟是72MHz，预分频值应为71，因为72MHz/(71+1)=1MHz。同时，定时器设置为自由运行模式，重装载值0xFFFF，即最大65535，对应65.535ms，足够覆盖HC-SR04的最大测量时间（约23.5ms），所以溢出不是问题。
  3. 将Trig拉高信号，发出高电平，输入方波后，模块会自动发射8个40KHz的声波，与此同时回波引脚（echo）端的电平会由0变为1；在此时我们获取当前计数值
    T1；当超声波返回被模块接收到时，回波（echo）引
    脚端的电平会由1变为0；我们再获取计数值T2，两个时间计数差值T3即为总时间，我们可以带入上面公式进行计算。
  4. 时间T3的单位是微秒，因为每个计数是1us。所以距离为 (T3 * 340 m/s) /2，但单位要转换。例如，340m/s等于34000cm/s，等于0.034cm/us。所以距离cm = (T3 * 0.034) / 2 = T3 * 0.017 cm。或者也可以写成T3* 17 / 1000 cm，或者T3/ 58.0 cm（因为 1/58 ≈ 0.01724，因为声速在空气中可能取343m/s，这时系数是34300 cm/s = 0.0343 cm/us，所以距离是 (T3 * 0.0343)/2 = T3 *0.01715 ≈ T3 /58.3）。

代码实现

bsp_hcsr04.c

#include "bsp_hcsr04.h"
#include "delay.h"


void HCSR04GpioConfig()
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(HCSR04_RCC,ENABLE);
	 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin 	= HCSR04_TX_PIN;   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed 	= GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode 	= GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_Init(HCSR04_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_ResetBits(HCSR04_GPIO_PORT,HCSR04_TX_PIN);
	 
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin 	= HCSR04_RX_PIN;     
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode 	= GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(HCSR04_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);  	
}

void Timer2Init()
{
	TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE); 
	
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period 		= 0xffff; 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler 	= 72 -1 ; 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; 
	TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode 	= TIM_CounterMode_Up;  
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE); 
}

float Hcsr04GetLength(void)
{
	uint16_t timeStart = 0;
	uint16_t timeEnd = 0;
	uint16_t timeLast = 0;
	float length = 0;
	float sum = 0;
	uint16_t i = 0;
	
	while(i != 5)
	{
		//trig拉高信号，发出高电平
		GPIO_SetBits(HCSR04_GPIO_PORT,HCSR04_TX_PIN);
		delay_us(20);
		GPIO_ResetBits(HCSR04_GPIO_PORT,HCSR04_TX_PIN);
		/*Echo发出信号 等待回响信号*/
		/*输入方波后，模块会自动发射8个40KHz的声波，与此同时回波引脚（echo）端的电平会由0变为1；
		（此时应该启动定时器计时）；当超声波返回被模块接收到时，回波引 脚端的电平会由1变为0；
		（此时应该停止定时器计数），定时器记下的这个时间即为
		超声波由发射到返回的总时长；*/
		//echo等待回响
		while(GPIO_ReadInputDataBit(HCSR04_GPIO_PORT,HCSR04_RX_PIN) == 0);
		//记录放送时间T1
		timeStart = TIM2->CNT;
		i = i+1; //每收到一次回响信号+1，收到5次就计算均值
		while(GPIO_ReadInputDataBit(HCSR04_GPIO_PORT,HCSR04_RX_PIN) == 1);
		//记录接收时间T2
		timeEnd = TIM2->CNT;
		/*获取Echo高电平时间时间T3*/
		timeLast = (timeEnd > timeStart) ? (timeEnd - timeStart) : (0xffff - timeStart + timeEnd);
		//单位时cm
		length = (float)timeLast / 58;
		sum += length;		
	}
	
	length = sum / 5;
	
	return length;
}

void HCSR04Init()
{
	HCSR04GpioConfig();
	Timer2Init();
}

mian.c

#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "bsp_hcsr04.h"

 int main(void)
 {	
	delay_init();
	HCSR04Init();
	uart_init(115200);
	 
	while(1)
	{
		printf("cur dis = %fcm\r\n",Hcsr04GetLength());
		delay_ms(1000);
	}
 }

实验结果

在这里插入图片描述
代码有所不足仅供参考，比如超时检测：若Echo信号长时间无下降沿，强制结束测量并标记为无效数据。
链接: https://pan.baidu.com/s/1m_PGSEfQ_RIFdEoxj_jBAQ 提取码: 65kn
有需要其他模块需要测试的可以留言，抽空会实现并写博文，如果对你有帮助的话，一键三连一下，谢谢！

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