第九十七章、CH32V103应用教程——超声波测距
本章教程主要通过使用CH32V103开发板连接超声波测距模块进行超声波测距实验。本次实验教程所用传感器为HC-SR04超声波传感器。1、TIM简介及超声波测距原理简介
关于TIM，在前面章节已经进行过介绍，在此不再赘述。
HC-SR04超声波传感器模块共有4个引脚可与开发板连接：VCC、GND、Trig、Echo。其中，VCC支持3.3V-5V供电；Trig引脚作为控制端，其内部上拉10K的电阻，需用单片机的IO口拉低Trig引脚，然后给一个10us以上的脉冲信号。Echo引脚作为接收端，主要接收返回信号。
关于超声波模块测距原理，主要如下：
（1）通过单片机IO口触发测距，给（Trig引脚）至少10us以上的高电平信号；
（2）模块会自动发送8个40KHz的方波，并自动检测是否有信号返回；
（3）针对这个模块Echo是输出,接下来它会自动接收超声波,并且接收完后在Echo这个输出脚上输出一段高电平，这个高电平的时间就是声波发出并且反射回来所用的时间,所以我们在单片机中就需要读取这个引脚。此处需要用到定时器的输入捕获功能。
超声波从发射到返回的时间，测试距离D=（高电平时间T*声速340m/s）/2.
关于TIM具体介绍，可参考前面章节及CH32V103应用手册。
2、硬件设计
本章教程使用超声波模块进行测距。CH32V103开发板与超声波测距模块的连接方式如下：
[*]CH32V103开发板的VCC引脚与超声波测距模块的VCC引脚连接
[*]CH32V103开发板的GND引脚与超声波测距模块的GND引脚连接
[*]CH32V103开发板的PA0引脚与超声波测距模块的Trig引脚连接
[*]CH32V103开发板的PA1引脚与超声波测距模块的Echo引脚连接
3、软件设计
本章教程主要进行超声波测距实验，需要用到GPIO输出以及TIM输入捕获功能，具体程序如下：
gpio.h文件
#ifndef __GPIO_H
#define __GPIO_H
#include "ch32v10x_conf.h"
#defineTrig_HGPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0)
#defineTrig_LGPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0)
#defineEcho_HGPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1)
#defineEcho_LGPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_1)
void ultrasonic_GPIO_Init(void);
void Start_Trig(void);
#endifgpio.h文件主要进行相关定义和函数声明；
gpio.c文件
#include "gpio.h"
#include "debug.h"
void ultrasonic_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1);
}
void Start_Trig(void)
{
Trig_H;
Delay_Us(20);
Trig_L;
}gpio.c文件主要进行GPIO初始化以及进行开启超声波测距函数配置。
tim.h文件
#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H
#include "ch32v10x_conf.h"
void Input_Capture_Init( u16 arr, u16 psc );
void ENABLE_TIM(void);
void DISABLE_TIM(void);
u32 GetCount(void);
float Ultrasoniclength(void);
#endiftim.h文件主要进行相关定义和函数声明；
tim.c文件
#include "timer.h"
#include "gpio.h"
#include "debug.h"
void TIM2_IRQHandler(void) __attribute__((interrupt("WCH-Interrupt-fast")));
u16 count = 0;
/*******************************************************************************
* Function Name: Input_Capture_Init
* Input : arr: the period value.
* psc: the prescaler value.
* Return : None
*******************************************************************************/
void Input_Capture_Init( u16 arr, u16 psc )
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
//使能IM2时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
ultrasonic_GPIO_Init();
TIM_DeInit(TIM2);
//定时器周期，实际就是设定自动重载寄存器 ARR 的值， ARR 为要装载到实际自动重载寄存器（即影子寄存器） 的值， 可设置范围为 0 至 65535。
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr;
//定时器预分频器设置，时钟源经该预分频器才是定时器计数时钟CK_CNT，它设定 PSC 寄存器的值。
//计算公式为： 计数器时钟频率 (fCK_CNT) 等于fCK_PSC / (PSC + 1)，可实现 1 至 65536 分频。
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;
//时钟分频，设置定时器时钟 CK_INT 频率与死区发生器以及数字滤波器采样时钟频率分频比。可以选择 1、 2、 4 分频。
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //设置计数模式，向上计数模式
//TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter =0x00; //设置重复计数器的值，0。重复计数器，只有 8 位，只存在于高级定时器。
TIM_TimeBaseInit( TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure); //初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn; //TIM1捕获比较中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;//设置抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //设置响应优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能通道
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);
TIM_ITConfig( TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE ); //使能TIM2更新中断
TIM_Cmd( TIM2, DISABLE ); //定时器使能
}
void ENABLE_TIM(void)
{
//while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1)==RESET)
{
TIM_SetCounter(TIM2,0);
count = 0;
TIM_Cmd(TIM2,ENABLE);//回响信号到来，开启定时器计数
}
}
void DISABLE_TIM(void)
{
//while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1)==SET)
{
TIM_Cmd(TIM2,DISABLE);//回响信号到来，开启定时器计数
}
}
u32 GetCount(void)
{
u32 t = 0;
t = count*1000;
t += TIM_GetCounter(TIM2);
TIM_SetCounter(TIM2,0);
Delay_Ms(10);
return t;
}
//一次获取超声波测距数据 两次测距之间需要相隔一段时间，隔断回响信号
//为了消除余震的影响，取五次数据的平均值进行加权滤波。
float Ultrasoniclength(void )
{
u32 t = 0;
int i = 0;
float length = 0 , sum = 0;
while(i!=5)
{
// Trig_H;
// Delay_Us(20);
// Trig_L;
Start_Trig();
while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1)==RESET);//此处一直等，等到为1，进行下一步
ENABLE_TIM();//回响信号到来，开启定时器计数
i = i + 1;
while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_1)==SET);//此处一直等，等到为0，进行下一步，这两段while之间的时间就是高电平时间，即发出到返回接收的时间
DISABLE_TIM();//回响信号到来，开启定时器计数
t = TIM_GetCounter(TIM2);
length=(t+count*1000)/58.0;//通过回响信号计算距离
sum = length + sum ;
TIM_SetCounter(TIM2,0);
count = 0;
Delay_Ms(100);
}
length = sum/5.0;
return length;
}
/*******************************************************************************
* Function Name: TIM2_IRQHandler
*******************************************************************************/
void TIM2_IRQHandler(void)
{
if(TIM_GetITStatus(TIM2,TIM_IT_Update)!=RESET)
{
TIM_ClearITPendingBit(TIM2,TIM_IT_Update);//清除中断标志
count++;
}
}tim.c文件主要进行TIM输入捕获初始化以及超声波测距相关函数配置。
main.c文件
/********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
* File Name : main.c
* Author : WCH
* Version : V1.0.0
* Date : 2020/04/30
* Description : Main program body.
*******************************************************************************/
/*
*@Note
超声波测距模块
*/
#include "debug.h"
#include "gpio.h"
#include "timer.h"
/*******************************************************************************
* Function Name: main
* Description : Main program.
* Input : None
* Return : None
*******************************************************************************/
int main(void)
{
float distance = 0;
Delay_Init();
USART_Printf_Init(115200);
//ultrasonic_GPIO_Init();
Input_Capture_Init(1000-1,72-1);
printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
printf("This is Ultrasonic ranging example\r\n");
while(1)
{
distance = Ultrasoniclength();//cm
printf("DISTANCE:%3.2f cm\n",distance);
Delay_Ms(1000);
}
}main.c文件主要进行函数初始化以及打印输出模块测量的距离。
4、下载验证
将编译好的程序下载到开发版并复位，与超声波测距模块接好之后串口打印如下：
96、超声波测距.rar
链接：https://pan.baidu.com/s/1f3Lu9f_77V7mBo_u_lc1aQ
提取码：7uhi
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完
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