本篇详细的记录了如何使用STM32CubeMX配置STM32L431RCT6的通用定时器外设,捕获超声波模块的距离信号。
首先需要准备一个开发板,这里我准备的是STM32L4的开发板(BearPi):
超声波模块使用HC-SR04,如图:
该模块的四个引脚说明如下表:
引脚名 | 引脚作用 |
---|---|
Vcc | 5V供电(必须是5V) |
Trig | 触发控制信号输入 |
Echo | 回响信号输出 |
Gnd | 地 |
如图,超声波模块发出超声波信号,如果前方碰到障碍物,则被障碍物反射回来,模块收到回来的超声波后,即可计算出与障碍物的距离:
HR-SC04模块的时序图如下:
根据该时序图,可以看出一次测距的流程如下:
在整个测距过程中,最重要的是Echo引脚输出信号高电平的时间,可以使用STM32硬件定时器得到时长,这个时间为超声波从发射到接收的时长,由声速计算出传播距离,再取1/2,计算出当前距离障碍物的距离。
打开STM32CubeMX,打开MCU选择器:
搜索并选中芯片STM32L431RCT6
:
这里我都使用外部时钟:
配置两个普通的GPIO,一个配置为输出模式,用于连接模块的Trig引脚,触发一次测距,这里我配置为PB8,另一个配置为输入模式(浮空),用于连接模块的Echo引脚,接收echo信号,这里我配置为PB9。
知识小卡片——STM32L431的定时器
STM32L431xx 系列有 1 个高级定时器(TIM1), 3 个通用定时器(TIM2、TIM15、TIM16),两个基本定时器(TIM6、TIM7),还有两个低功耗定时器(LPTIM1、LPTIM2)。
STM32L431 的通用 TIMx (TIM2、TIM15、TIM16)定时器功能包括:
知识小卡片结束啦~
接下来开始配置TIM2,首先选择TIM2
,我们的目的是每1us计数一次 ,所以定时器的频率需要在1Mhz, 时钟源选择内部时钟:
接下来是对TIM2的参数设置,参照数据手册中的RCC时钟树,TIM2内部时钟来源是PCLK1 = 80Mhz
,,所以预分频系数设置为80
,即可得到1Mhz的计数频率。
计数周期设为60000
,实际测试情况下,大约60000us对应的实际距离是10m(实际中也用不到这么大):
开发板板载了一个CH340换串口,连接到USART1。
接下来开始配置USART1
:
STM32L4的最高主频到80M,所以配置PLL,最后使HCLK = 80Mhz
即可:
最后设置生成独立的初始化文件:
点击GENERATE CODE
即可生成MDK-V5工程:
STM32CubeMX_09 | 重定向printf函数到串口输出的多种方法
使用时注意根据自己的处理器主频修改:
因为超声波模块往往需要多个,所以采用面向对象的思想设计,将每个模块封装为一个设备对象。
HC_SR04.h
/**
* @Copyright (c) 2021,mculover666 All rights reserved
* @filename HC_SR04.c
* @breif Drive HC_SR04 based on stm32 tim peripheral
* @changelog v1.0 mculover666 2021/5/9
* v1.1 mculover666 2021/5/12 add object design
*/
#ifndef _HC_SR04_H_
#define _HC_SR04_H_
#include "stm32f1xx.h"
#include "core_delay.h"
typedef struct hc_sr04_device_st {
GPIO_TypeDef *trig_port;
uint16_t trig_pin;
GPIO_TypeDef *echo_port;
uint16_t echo_pin;
TIM_HandleTypeDef *tim; //us级硬件定时器
double distance; //测算距离
} hc_sr04_device_t;
/* us级延时函数 */
#define HC_SR04_Delay_Us(n) CPU_TS_Tmr_Delay_US(n)
void HC_SR04_Init(hc_sr04_device_t *hc_sr04_device);
int HC_SR04_Measure(hc_sr04_device_t *hc_sr04_device);
#endif /* _HC_SR04_H_ */
HC_SR04.c
/**
* @Copyright (c) 2021,mculover666 All rights reserved
* @filename HC_SR04.c
* @breif Drive HC_SR04 based on stm32 tim peripheral
* @changelog v1.0 mculover666 2021/5/9
* v1.1 mculover666 2021/5/12 add object design
*/
#include "HC_SR04.h"
#include <stdio.h>
/**
* @brief pend the mutex to protect tim.
* @param none
* @return none
* @note it will be need if you use rtos
*/
static void HC_SRO4_Mutex_Pend()
{
//add your code here
}
/**
* @brief post the mutex to protect tim.
* @param none
* @return none
* @note it will be need if you use rtos
*/
static void HC_SRO4_Mutex_Post()
{
//add your code here
}
/**
* @brief hc_sr04_device object initialization.
* @param hc_sr04_device the pointer of the hc_sr04_device_t object
* @return none
*/
void HC_SR04_Init(hc_sr04_device_t *hc_sr04_device)
{
// the gpio and tim is initialized in main
}
/**
* @brief Send trig signal.
* @param hc_sr04_device the pointer of the hc_sr04_device_t object
* @return none
*/
static void HC_SR04_Start(hc_sr04_device_t *hc_sr04_device)
{
/* output high level */
HAL_GPIO_WritePin(hc_sr04_device->trig_port, hc_sr04_device->trig_pin, GPIO_PIN_SET);
/* maintain high level at least 10us */
CPU_TS_Tmr_Delay_US(10);
/* resume low level */
HAL_GPIO_WritePin(hc_sr04_device->trig_port, hc_sr04_device->trig_pin, GPIO_PIN_RESET);
}
/**
* @brief Measure the high level time of the echo signal.
* @param hc_sr04_device the pointer of the hc_sr04_device_t object
* @return errcode
* @retval 0 success
* @retval -1 fail
*/
int HC_SR04_Measure(hc_sr04_device_t *hc_sr04_device)
{
uint32_t tick_us;
HC_SRO4_Mutex_Pend();
HC_SR04_Start(hc_sr04_device);
__HAL_TIM_SetCounter(hc_sr04_device->tim, 0);
/* waitting for start of the high level through echo pin */
while (HAL_GPIO_ReadPin(hc_sr04_device->echo_port, hc_sr04_device->echo_pin) == GPIO_PIN_RESET);
/* start the tim and enable the interrupt */
HAL_TIM_Base_Start(hc_sr04_device->tim);
/* waitting for end of the high level through echo pin */
while (HAL_GPIO_ReadPin(hc_sr04_device->echo_port, hc_sr04_device->echo_pin) == GPIO_PIN_SET);
/* stop the tim */
HAL_TIM_Base_Stop(hc_sr04_device->tim);
/* get the time of high level */
tick_us = __HAL_TIM_GetCounter(hc_sr04_device->tim);
/* calc distance in unit cm */
hc_sr04_device->distance = (double)(tick_us/1000000.0) * 340.0 / 2.0 *100.0;
HC_SRO4_Mutex_Post();
return 0;
}
在main.c中包含驱动头文件:
#include <stdio.h>
#include "HC_SR04.h"
在main函数中创建设备对象:
/* USER CODE BEGIN 1 */
int ret;
hc_sr04_device_t hc_sr04_device1;
/* USER CODE END 1 */
编写测试代码:
/* USER CODE BEGIN 2 */
printf("HC-SR04 Module Test By Mculover666\r\n");
hc_sr04_device1.trig_port = GPIOB;
hc_sr04_device1.trig_pin = GPIO_PIN_8;
hc_sr04_device1.echo_port = GPIOB;
hc_sr04_device1.echo_pin = GPIO_PIN_9;
hc_sr04_device1.tim = &htim2;
HC_SR04_Init(&hc_sr04_device1);
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
ret = HC_SR04_Measure(&hc_sr04_device1);
if (ret < 0) {
printf("measure fail\r\n");
}
printf("distance:%.2f cm\r\n", hc_sr04_device1.distance);
HAL_Delay(1000);
}
/* USER CODE END 3 */
测试结果为: