使用STM32F4xx粤嵌GEC-M4开发板轻松实现超声波测距的基础教程
最编程
2024-08-09 08:22:50
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【STM32基础】基于STM32F4xx粤嵌GEC-M4开发板的超声波测距
文章目录
- 超声波测距
- Cortex-M架构SysTick系统定时器阻塞和非阻塞延时
- 附录：Cortex-M架构的SysTick系统定时器精准延时和MCU位带操作
- SysTick系统定时器精准延时
- 延时函数
- 阻塞延时
- 非阻塞延时
- 位带操作
- 位带代码
- 位带宏定义
- 总线函数
- 一、位带操作理论及实践
- 二、如何判断MCU的外设是否支持位带
超声波测距
资源：
download.****.net/download/weixin_53403301/85147797
高精度版：（定时器计数）
blog.****.net/weixin_53403301/article/details/121843525
【2k行代码】基于stm32f4xx粤嵌GEC-M4的按键密码锁、呼吸灯、蜂鸣器音乐、超声波测距及倒车雷达、温湿度检测、光敏电阻自动灯光调节、USART串口控制系统
代码如下：
#include "stm32f4xx.h"
#include "sys.h"
#include <stdio.h>
static GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
static NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
static USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
#pragma import(__use_no_semihosting_swi)
struct __FILE { int handle; /* Add whatever you need here */ };
FILE __stdout;
FILE __stdin;
int fputc(int ch, FILE *f) {
USART_SendData(USART1,ch);
while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);
USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TXE);
return ch;
}
void _sys_exit(int return_code) {
}
void delay_us(uint32_t n)
{
SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick，关闭系统定时器
SysTick->LOAD = (168*n)-1; // 配置计数值(168*n)-1 ~ 0
SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag
SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock
while ((SysTick->CTRL & 0x10000)==0);// Wait until count flag is set
SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick
}
void delay_ms(uint32_t n)
{
while(n--)
{
SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick，关闭系统定时器
SysTick->LOAD = (168000)-1; // 配置计数值(168000)-1 ~ 0
SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag
SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock
while ((SysTick->CTRL & 0x10000)==0);// Wait until count flag is set
}
SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick
}
void usart1_init(uint32_t baud)
{
//打开PA硬件时钟
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
//打开串口1硬件时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
//配置PA9和PA10为复用功能模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9|GPIO_Pin_10; //第9 10根引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_AF; //多功能模式
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽输出，增加输出电流能力。
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//高速响应
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; //没有使能上下拉电阻
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
//将PA9和PA10引脚连接到串口1的硬件
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1);
GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1);
//配置串口1相关参数：波特率、无校验位、8位数据位、1个停止位......
USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud; //波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //8位数据位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //1个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //无奇偶校验
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //无硬件流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //允许收发数据
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
//配置串口1的中断触发方法：接收一个字节触发中断
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
//配置串口1的中断优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
//使能串口1工作
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
void sr04_init(void)
{
//端口B硬件时钟使能
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);
//端口E硬件时钟使能
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);
//配置PB6为输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; //第6根引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_OUT; //输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽输出，增加输出电流能力。
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//高速响应
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; //没有使能上下拉电阻
GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);
//配置PE6为输入模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6; //第6根引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_IN; //输入模式
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽输出，增加输出电流能力。
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//高速响应
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; //没有使能上下拉电阻
GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);
//PB6初始状态为低电平，看时序图
PBout(6)=0;
}
int32_t sr04_get_distance(void)
{
uint32_t t=0;
int32_t d=0;
//PB6高电平
PBout(6)=1;
//持续10us以上
delay_us(20);
//PB6低电平
PBout(6)=0;
//等待PE6出现高电平
t=0;
while(PEin(6)==0)
{
t++;
delay_us(1);
if(t >= 1000000)
return -1;
}
//测量高电平的时间
t=0;
while(PEin(6))
{
t++;
delay_us(9); //9us == 3mm
if(t >= 1000000)
return -2;
}
//由于测量的时间，就是超声波从发射到返回的时间
t=t/2;
d = 3*t;
return d;
}
int main(void)
{
int32_t d=0;
//使能(打开)端口F的硬件时钟，就是对端口F供电
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
//串口1波特率:115200bps
usart1_init(115200);
//初始化GPIO引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //第9根引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode= GPIO_Mode_OUT; //输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽输出，增加输出电流能力。
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;//高速响应
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL; //没有使能上下拉电阻
GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure);
PFout(9)=1;
PFout(9)=0;
//超声波模块初始化
sr04_init();
printf("star\n");
while(1)
{
d = sr04_get_distance();
if(d > 0)
{
if(d>=20 && d<=4000)
{
printf("测得的距离为：%dmm\r\n",d);
}
}
delay_ms(1000);
}
}
void USART1_IRQHandler(void)
{
uint8_t d;
//检测标志位
if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_RXNE) == SET)
{
//接收数据
d=USART_ReceiveData(USART1);
//将接收到的数据，返发给PC
USART_SendData(USART1,d);
while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)==RESET);
//清空标志位
USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);
}
}
头文件：
#ifndef __SYS_H__
#define __SYS_H__
//位带操作,实现51类似的GPIO控制功能
//IO口操作宏定义
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
#define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr))
#define BIT_ADDR(addr, bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))
//IO口地址映射
#define GPIOA_ODR_Addr (GPIOA_BASE+20) //0x40020014
#define GPIOB_ODR_Addr (GPIOB_BASE+20) //0x40020414
#define GPIOC_ODR_Addr (GPIOC_BASE+20) //0x40020814
#define GPIOD_ODR_Addr (GPIOD_BASE+20) //0x40020C14
#define GPIOE_ODR_Addr (GPIOE_BASE+20) //0x40021014
#define GPIOF_ODR_Addr (GPIOF_BASE+20) //0x40021414
#define GPIOG_ODR_Addr (GPIOG_BASE+20) //0x40021814
#define GPIOH_ODR_Addr (GPIOH_BASE+20) //0x40021C14
#define GPIOI_ODR_Addr (GPIOI_BASE+20) //0x40022014
#define GPIOA_IDR_Addr (GPIOA_BASE+16) //0x40020010
#define GPIOB_IDR_Addr (GPIOB_BASE+16) //0x40020410
#define GPIOC_IDR_Addr (GPIOC_BASE+16) //0x40020810
#define GPIOD_IDR_Addr (GPIOD_BASE+16) //0x40020C10
#define GPIOE_IDR_Addr (GPIOE_BASE+16) //0x40021010
#define GPIOF_IDR_Addr (GPIOF_BASE+16) //0x40021410
#define GPIOG_IDR_Addr (GPIOG_BASE+16) //0x40021810
#define GPIOH_IDR_Addr (GPIOH_BASE+16) //0x40021C10
#define GPIOI_IDR_Addr (GPIOI_BASE+16) //0x40022010
//IO口操作,只对单一的IO口!
//确保n的值小于16!
#define PAout(n) BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n) //输出
#define PAin(n) BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n) //输入
#define PBout(n) BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n) //输出
#define PBin(n) BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n) //输入
#define PCout(n) BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n) //输出
#define PCin(n) BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n) //输入
#define PDout(n) BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n) //输出
#define PDin(n) BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n) //输入
#define PEout(n) BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n) //输出
#define PEin(n) BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n) //输入
#define PFout(n) BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n) //输出
#define PFin(n) BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n) //输入
#define PGout(n) BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n) //输出
#define PGin(n) BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n) //输入
#define PHout(n) BIT_ADDR(GPIOH_ODR_Addr,n) //输出
#define PHin(n) BIT_ADDR(GPIOH_IDR_Addr,n) //输入
#define PIout(n) BIT_ADDR(GPIOI_ODR_Addr,n) //输出
#define PIin(n) BIT_ADDR(GPIOI_IDR_Addr,n) //输入
#endif
Cortex-M架构SysTick系统定时器阻塞和非阻塞延时
首先是最常用的阻塞延时
void delay_ms(unsigned int ms)
{
SysTick->LOAD = 50000000/1000-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 载入计数值 定时器从这个值开始计数
SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空计数值到达0后的标记
SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能26MHz的系统定时器
while(ms--)
{
while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待
}
SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 关闭系统定时器
}
void delay_us(unsigned int us)
{
SysTick->LOAD = 50000000/1000/1000-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 载入计数值 定时器从这个值开始计数
SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空计数值到达0后的标记
SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能26MHz的系统定时器
while(us--)
{
while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待
}
SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 关闭系统定时器
}
50000000表示工作频率
分频后即可得到不同的延时时间
以此类推
那么 不用两个嵌套while循环 也可以写成：
void delay_ms(unsigned int ms)
{
SysTick->LOAD = 50000000/1000*ms-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 载入计数值 定时器从这个值开始计数
SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空计数值到达0后的标记
SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能26MHz的系统定时器
while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待
SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 关闭系统定时器
}
void delay_us(unsigned int us)
{
SysTick->LOAD = 50000000/1000/1000*us-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 载入计数值 定时器从这个值开始计数
SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空计数值到达0后的标记
SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能26MHz的系统定时器
while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待
SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 关闭系统定时器
}
但是这种写法有个弊端
那就是输入ms后，最大定时不得超过计数值，也就是不能超过LOAD的最大值，否则溢出以后，则无法正常工作
而LOAD如果最大是32位 也就是4294967295
晶振为50M的话 50M的计数值为1s 4294967295计数值约为85s
固最大定时时间为85s
但用嵌套while的话 最大可以支持定时4294967295*85s
如果采用非阻塞的话 直接改写第二种方法就好了：
void delay_ms(unsigned int ms)
{
SysTick->LOAD = 50000000/1000*ms-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 载入计数值 定时器从这个值开始计数
SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空计数值到达0后的标记
SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能26MHz的系统定时器
//while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待
//SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 关闭系