通过HAL库使用STM32F103ZET6和HC-SR04开发超声波测距

1. 硬件连接

将HC-SR04的VCC接到STM32F103ZET6的5V电源，GND接到GND，Trig接到STM32F103ZET6的PB0引脚，Echo接到STM32F103ZET6的PB1引脚。

2. 配置GPIO

使用HAL库配置PB0和PB1引脚为输出和输入模式，分别用来控制HC-SR04的Trig和读取Echo信号。

void GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); // 使能GPIOB时钟

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0; // PB0
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; // 输出模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; // 不带上下拉
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 高速
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1; // PB1
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; // 输入模式
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; // 不带上下拉
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 高速
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}

3. 发送超声波信号

使用HAL库的GPIO_WritePin函数将Trig引脚输出高电平，持续10us，然后输出低电平。

void Send_Trigger_Pulse(void)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET); // 输出高电平
HAL_Delay(10); // 持续10us
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // 输出低电平
}

4. 接收回波信号

使用HAL库的pulseIn函数读取Echo引脚的信号，计算回波信号的时间差，再通过声速计算距离。

uint32_t pulseIn(uint16_t pin, uint8_t state, uint32_t timeout)
{
uint32_t start, end;
GPIO_PinState bit;

start = HAL_GetTick(); // 获取当前时间
do {
end = HAL_GetTick(); // 获取当前时间
if (end - start > timeout) return 0; // 超时返回0
bit = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, pin); // 读取引脚状态
} while (bit != state); // 等待状态变化

start = HAL_GetTick();
do {
end = HAL_GetTick();
if (end - start > timeout) return 0;
bit = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, pin);
} while (bit == state); // 等待状态变化

return end - start; // 返回时间差
}

float Measure_Distance(void)
{
uint32_t duration;
float distance;

Send_Trigger_Pulse(); // 发送超声波信号
duration = pulseIn(GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET, 1000); // 读取回波信号
distance = duration * 0.034 / 2; // 声速为340m/s，距离等于时间差乘以声速再除以2

return distance;
}

5. 完整代码

#include "stm32f1xx_hal.h"

void GPIO_Config(void);
void Send_Trigger_Pulse(void);
uint32_t pulseIn(uint16_t pin, uint8_t state, uint32_t timeout);
float Measure_Distance(void);

int main(void)
{
float distance;

HAL_Init();
GPIO_Config();

while (1)
{
distance = Measure_Distance();
printf("Distance: %.2fcm\n", distance);
HAL_Delay(1000);
}
}

void GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}

void Send_Trigger_Pulse(void)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay(10);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET);
}

uint32_t pulseIn(uint16_t pin, uint8_t state, uint32_t timeout)
{
uint32_t start, end;
GPIO_PinState bit;

start = HAL_GetTick();
do {
end = HAL_GetTick();
if (end - start > timeout) return 0;
bit = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, pin);
} while (bit != state);

start = HAL_GetTick();
do {
end = HAL_GetTick();
if (end - start > timeout) return 0;
bit = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, pin);
} while (bit == state);

return end - start;
}

float Measure_Distance(void)
{
uint32_t duration;
float distance;

Send_Trigger_Pulse();
duration = pulseIn(GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET, 1000);
distance = duration * 0.034 / 2;

return distance;
}