stm32超声波测距标准库

STM32超声波测距的标准库是通过GPIO来控制超声波模块，并使用定时器来计算时间，从而测量距离。以下是使用STM32标准库进行超声波测距的基本步骤：

1. 配置GPIO引脚：将一个GPIO引脚配置为输出模式，用于控制超声波模块的触发信号。
2. 配置定时器：选择一个合适的定时器，并配置为输入捕获模式。定时器将用于计算超声波的回响时间。
3. 发送触发信号：将超声波模块的触发引脚置高一段时间，然后再置低，以触发超声波发射。
4. 等待回响信号：等待定时器捕获到回响信号，并记录捕获到的时间值。
5. 计算距离：利用回响时间和超声波在空气中的传播速度，计算出物体与模块之间的距离。

请注意，这只是一个基本的框架，具体的实现取决于你使用的超声波模块和STM32系列芯片型号。

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### STM32 F429 使用标准库实现超声波测距

对于STM32 F429系列微控制器而言，在使用标准外设库（Standard Peripheral Library）来完成基于HC-SR04传感器的超声波测距功能时，主要涉及到了GPIO初始化用于触发信号以及TIM定时器输入捕获模式以测量回响时间。下面提供了一个简化版的例子说明如何设置并读取数据。

#### GPIO 配置
首先定义两个引脚分别作为Trig端口用来发出触发脉冲和Echo端口接收反射回来的声音信号：

// Trig Pin Configuration (Output Push-Pull Mode)
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_X; // Replace X with actual pin number connected to TRIG of HC-SR04.
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOX, &GPIO_InitStruct); // Replace 'X' according to your hardware connection.

// Echo Pin Configuration (Input Floating Mode for Input Capture)
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_Y; // Replace Y with actual pin number connected to ECHO of HC-SR04.
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_DeInit(GPIOY, GPIO_InitStruct.Pin);

#### 定时器配置
接着设定一个通用定时器来进行输入捕捉操作，此部分会记录下从发送至接收到回音之间的时间差值：

TIM_HandleTypeDef htim;

void MX_TIM_Config(void){
    __HAL_RCC_TIMx_CLK_ENABLE(); // Enable clock for chosen timer
    
    TIM_IC_InitTypeDef sConfigIC;
    
    htim.Instance = TIMx; // Choose appropriate Timer instance e.g., TIM1,TIM2 etc...
    htim.Init.Prescaler = 72-1; // Assuming system runs at 72MHz, adjust prescaler accordingly
    htim.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim.Init.Period = 65535;
    HAL_TIM_Base_Init(&htim);

    sConfigIC.ICPolarity = TIM_INPUTCHANNELPOLARITY_RISING_FALLING;
    sConfigIC.ICSelection = TIM_ICSELECTION_DIRECTTI;
    sConfigIC.ICPrescaler = TIM_ICPSC_DIV1;
    sConfigIC.ICFilter = 0x0A;
    HAL_TIM_IC_ConfigChannel(&htim,&sConfigIC,TIM_CHANNEL_1);
}

上述代码片段展示了基本框架[^1]，实际应用中还需要考虑更多细节比如中断服务例程处理等。当一切准备就绪之后就可以编写具体逻辑去控制这些硬件资源了。

为了启动一次完整的测量过程，先要向TRIG引脚施加至少10us以上的高电平信号激发探头工作；随后等待ECHO变为低电平时停止计数获得最终数值，并利用给定公式转换成物理意义上的长度单位。

uint32_t MeasureDistance(){
    uint32_t TimeDifference;
    
    /* Send a short pulse on the trigger line */
    HAL_GPIO_WritePin(TRIGGER_PORT, TRIGGER_PIN, SET);
    DelayUs(10); // Function implementing microsecond delay
    HAL_GPIO_WritePin(TRIGGER_PORT, TRIGGER_PIN, RESET);
    
    /* Wait until rising edge is captured by input capture unit */
    while (__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim, TIM_FLAG_CC1IF) != SET );
    __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim, TIM_IT_CC1);
    
    /* Start counting after detecting start point */
    HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim, TIM_CHANNEL_1);
    
    /* Block here waiting for falling edge interrupt which will set flag indicating end of measurement period */
    while (!isMeasurementCompleteFlagSet());
    
    /* Stop counter and read value */
    HAL_TIM_IC_Stop(&htim, TIM_CHANNEL_1);
    TimeDifference = GetCapturedValue();
    
    return CalculateCentimetersFromMicroseconds(TimeDifference * MicroSecondsPerTick);
}

float CalculateCentimetersFromMicroseconds(uint32_t us){
    float cm = ((float)(us)) / 58.0f;
    return cm;
}

这段C语言源码实现了整个流程中的核心算法[^2]，其中`MeasureDistance()`函数负责执行单次探测动作而`CalculateCentimetersFromMicroseconds()`则是辅助工具帮助把原始计数值转化为易于理解的形式即厘米表示的距离。

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### STM32F103C8T6 使用超声波传感器进行测距的标准库示例代码

为了实现基于STM32F103C8T6的超声波测距功能，可以利用标准外设库来编写程序。下面提供了一个完整的例子，展示了如何初始化GPIO、TIM以及执行具体的测距操作。

#### GPIO 和 TIM 初始化函数

#include "stm32f1xx_hal.h"

// 定义使用的引脚和定时器
#define TRIG_PIN    GPIO_PIN_9
#define ECHO_PIN    GPIO_PIN_8
#define TRIG_PORT   GPIOA
#define ECHO_PORT   GPIOA
#define TIMx        htim2

void MX_GPIO_Init(void);
void MX_TIM2_Init(void);

/**
 * @brief  配置TRIG和ECHO引脚为输入/输出模式.
 */
void Init_UltrasonicPins() {
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
  
    // 设置TRIG Pin为推挽输出模式
    GPIO_InitStruct.Pin = TRIG_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(TRIG_PORT, &GPIO_InitStruct);
  
    // 设置ECHO Pin为浮空输入模式
    GPIO_InitStruct.Pin = ECHO_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(ECHO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}

/**
 * @brief  配置定时器用于微秒级延时.
 */
void Init_TimerForDelay(TIM_HandleTypeDef* TimHandle) {
    __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();

    TimHandle->Instance = TIM2;
    TimHandle->Init.Prescaler = 72 - 1;          /* APB1频率除以72得到1us周期 */
    TimHandle->Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    TimHandle->Init.Period = 0xFFFF;
    TimHandle->Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    TimHandle->Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;

    if (HAL_TIM_Base_Init(TimHandle) != HAL_OK) {
      Error_Handler();
    }
}

#### 测量距离的核心逻辑

float Measure_Distance_cm(void){
    uint32_t Time_us;
    float Distance_cm;

    // 发送触发信号给超声波模块
    HAL_GPIO_WritePin(TRIG_PORT, TRIG_PIN, GPIO_PIN_SET);   
    TIM2_Delay_us(10);                                    // 延迟10 us保持高电平
    HAL_GPIO_WritePin(TRIG_PORT, TRIG_PIN, GPIO_PIN_RESET);

    // 等待回响脉冲上升沿并记录时间戳t_start
    while(HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_PORT,ECHO_PIN)==GPIO_PIN_RESET){};

    __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2,0);                      // 清零计数值
    __HAL_TIM_ENABLE(&htim2);                             // 启动定时器
    
    // 等待下降沿到来读取计数值作为飞行时间
    while(HAL_GPIO_ReadPin(ECHO_PORT,ECHO_PIN)!=GPIO_PIN_RESET){}
    Time_us=__HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2)-1;              // 减去额外增加的一个单位
    __HAL_TIM_DISABLE(&htim2);                            // 关闭定时器
  
    // 计算实际的距离值（假设声音速度v=340m/s）
    Distance_cm=(Time_us / 2.0)*((340.0/(1e6))*100);     // 单位转换成厘米
   
    return Distance_cm;
}

上述代码实现了基本的超声波测距过程[^1]。`Measure_Distance_cm()` 函数负责发送触发信号并通过测量返回的时间差计算目标物体之间的距离。这里采用的是常见的HC-SR04型超声波传感器接口协议[^3]。