title: HC-SR04 超声测距为什么必须用「输入捕获 从模式复位」把 Echo 的每一段路都走一遍tags: [STM32, 定时器, 输入捕获, HC-SR04, 超声测距, 从模式控制器]---# 前言初学 HC-SR04最容易卡住的不是接线而是三个问题1. **Echo 的脉冲到底是谁产生的**2. **它进了 STM32 之后走了哪些路**3. **为什么非要开「从模式复位」和两个捕获通道一个不够吗**这篇笔记把这三件事一次性讲透。核心只有一句话 **Trig 是 STM32 发出去的发令枪Echo 是 HC-SR04 自己产生的秒表而 STM32 的定时器只负责给这块秒表拍两张照片。**---# 一、先分清两个脉冲别搞混| 脉冲 | 谁产生 | 走到哪 | 特征 ||---|---|---|---|| **Trig 触发脉冲** | STM32 的 **PA0**推挽输出 | → HC-SR04 的 **Trig** 脚 | 软件拉高 **≥ 10 µs** 再拉低 || **Echo 回响脉冲** | **HC-SR04 模块内部自己产生** | 从 **Echo** 脚输出 → STM32 | 高电平宽度 声波往返时间最长约 **38 ms** |一句话记牢 **Trig 引脚用于开启测量。要开启一次测量就得给 Trig 一个脉冲。** **Echo 的脉冲是 HC-SR04 模块自己产生的从 Echo 脚输出。**所以 STM32 的活儿只有一件**把 Echo 的高电平有多宽量出来。**---# 二、从声波到引脚Echo 是怎么被造出来的PA0 输出 10µs Trig 脉冲│▼HC-SR04 内部├─ ① 发射头 T 发出 8 个 40 kHz 超声波脉冲├─ ② 同时把 Echo 拉高开始计时├─ ③ 声波遇障碍物反射被接收头 R 收到└─ ④ 收到回波 → Echo 拉低计时结束- **Echo 高电平持续时间 声波去 回的总时间**- 距离换算$$\text{距离} \frac{\text{Echo 高电平时间} \times 340\,\text{m/s}}{2}$$ 除以 2 是因为声波走了一个来回。这是唯一需要软件做的换算。# 四、Echo 进入 STM32 之后的完整路线## 4.1 一句话版 **Echo 引脚 → 定时器 CH1 输入 → 输入滤波 → 边沿检测 → TI1FP1 → 一分为二** **一路触发从模式控制器把 CNT 清零同时 CH1 捕获上升沿存 CCR1** **另一路把信号送到 CH2等 Echo 下降沿到来时捕获 CNT 到 CCR2。**## 4.2 框图版┌──────────── CNT计数器────────────┐│ ▲ ││ ┌────┴────┐ ┌───────┐ ││ │ PSC │ │ ARR │ ││ └─────────┘ └───────┘ │└──────┬──────────────────┬───────────┘│ 捕获 │ 捕获┌────▼────┐ ┌────▼────┐│ CCR1 │ │ CCR2 │└────▲────┘ └────▲────┘│ 拍照 │ 拍照Echo ──► CH1 ──► 输入滤波 ──► 边沿检测 ──┐ ││ │ ││ ┌────┴──┴────┐│ │ 捕获分频 ││ │ ÷1/2/4/8 ││ └────────────┘│└──► 上升沿脉冲 ──┐├─► 信号选择 ─► TRC下降沿脉冲 ──┘ │▼┌──────────────────┐│ 从模式控制器 ││ (复位模式 Reset) │└────────┬─────────┘│清空 CNT 0关键点**Echo 接的是 TIM 的 CH1复用输入Trig 接的是普通 GPIO 输出PA0。**发送和接收分开走不要试图拿同一个引脚同时干两件事。---# 五、再把输入通道拆成 6 个节点这张图最值钱从引脚到 CCR 寄存器信号其实过了**四个阶段、六个节点**CH1引脚 ──①──► [输入滤波] ──②──► [边沿检测] ──③④──► [信号选择/TRC] ──⑤──► [捕获分频] ──⑥──► CCR1第一阶段 第二阶段 第三阶段 第四阶段底下六个波形就是同一根 Echo 信号在不同节点上的样子**越往右越干净、越窄、越稀疏。**## 第一阶段输入滤波节点 ① → ②fCK_INT ──► ÷1/2/4/8 ──► fDTS ──┐▼CH1引脚 ──────────────► [ 输入滤波 ] ──► 节点②- **作用**消抖、去毛刺。节点①里那段密集抖动到节点②被整块吃掉只留真正的边沿。- **原理**不是 RC 模拟滤波而是**数字采样**——用 fDTS 去连续采输入电平要求**连续 N 次采样都相同**N 由 IC1F[3:0] 决定输出才翻转。- **两个可调项**都在这一级- 前级 DTS 分频 ÷1 / ÷2 / ÷4 / ÷8 → 决定**采样快慢**- 滤波长度 IC1F → 决定**要连续采几次相同才算数**- **代价**滤波越强边沿延迟越大。 ⚠️ **别搞混**这里是 **fDTS 分频**后面第四阶段还有一个**捕获分频**。两者位置不同、作用完全不同。## 第二阶段边沿检测节点 ② → ③④信号在这一级被**一分为二**| 输出 | 含义 | 节点 ||---|---|---|| **上升沿脉冲** | 检到上升沿的**那一刻**产生一个脉冲 | 节点③ || **下降沿脉冲** | 检到下降沿的**那一刻**产生一个脉冲 | 节点④ |- 输出的**不是电平而是瞬间脉冲**所以节点③④看起来又窄又尖。- 这一级同时也分出 **CH2 的上升/下降沿脉冲**即 TI1FP2——这就是一个引脚能同时被两个通道使用的由来。- 选哪个沿由 CC1P / CC1NP 这类极性位决定。## 第三阶段信号选择 / TRC节点 ④ → ⑤上升沿脉冲 ─┐├─► [ 直接 / 间接 ] ─► TRC ─► 从模式控制器下降沿脉冲 ─┘- **直接 vs 间接**就是**是否再取反一次**。直接 原样送出间接 反相送出。- **TRC**触发选择器决定到底拿哪一路TI1FP1 / TI1FP2 / TI2FP1 …去驱动从模式控制器。- **节点⑤**就是最终真正送进定时器、去命令 CNT 动作的那个脉冲。## 第四阶段捕获分频节点 ⑤ → ⑥节点⑤ ──► [ 分频 ÷1/2/4/8 ] ──► 节点⑥ ──► CC1 捕获事件- 由 IC1PSC 配置**来 N 个边沿才真正捕获一次**。- 图中配的是 **÷2**所以红色圆圈里**两个脉冲只留了一个**节点⑥明显比节点⑤稀疏。- **测距必须配 ÷1**否则漏掉边沿脉宽直接算错。## 收尾拍照 清零节点⑥ ──► 捕获事件├─► 【拍照】把此刻 CNT 的值拷进 CCR1└─► 【清零】从模式控制器把 CNT 打回 0- **拍照**CCR 只负责记录此刻计数值像按快门。- **清零**复位模式Reset Mode下CNT 被硬件打回 0重新开始计时。- 两者**由同一个沿、在硬件上同时发生**。---# 六、核心机制上升沿存 CCR1下降沿存 CCR2这是整个方案的心脏一张图说清上升沿 下降沿│ │▼ ▼通道1 ──► ┌──────┐ ┌──────────┐│ CCR1 │ │ CCR2 │ ◄── 通道2└──────┘ └──────────┘▲ ▲│ │┌──────────┴────────────────────────┴──────────┐│ CNT 阶梯计数 │└──────────────────────────────────────────────┘- **遇到上升沿就保存到 CCR1 中**- **遇到下降沿就保存到 CCR2 中**于是脉宽 CCR2 - CCR1如果用**复位模式**上升沿会把 CNT 同时清零所以 **CCR1 恒等于 0**直接读 CCR2 就是微秒数距离(cm) CCR2 / 58 1 计数 1µs 时---# 七、为什么要用「从模式复位」一个通道不行吗理论上用两个通道分别捕获两个沿然后做减法也能算。但复位模式有三个实打实的好处1. **省掉减法也天然防溢出**上升沿把 CNT 归零脉宽直接就是 CCR2 的值。同时最大计数值被压到一个 Echo 周期内16 位计数器不容易溢出。2. **硬件级测量不受中断延迟影响**捕获值是硬件瞬间锁存的软件晚几十微秒再去读**测出来的时间依然是准的**。用软件中断记时间戳则会被中断延迟和优先级抖动污染。3. **一次触发、两路协同全程零 CPU 干预**CH1 管起跑清零 记起点CH2 管终点记终点一个定时器同时完成清零和两端捕获。---# 八、配置速查表| 阶段 | 寄存器位 | 作用 | 测距推荐值 ||---|---|---|---|| 一阶段 DTS 分频 | IC1F 中 DTS 位 | 采样时钟快慢 | 视噪声一般 ÷1 或 ÷2 || 一阶段 滤波长度 | IC1F[3:0] | 连续采样确认次数 | 0x3 ~ 0x7轻度滤波 || 二阶段 边沿极性 | CC1P/CC1NP、CC2P/CC2NP | 选捕获哪个沿 | CH1 上升沿、CH2 下降沿 || 三阶段 触发源 | TS[2:0] | TRC 选谁 | TI1FP1 || 三阶段 从模式 | SMS[2:0] | 触发后干什么 | **Reset mode复位模式** || 四阶段 捕获分频 | IC1PSC / IC2PSC | 几个沿捕获一次 | **÷1** || 时基 | PSC / ARR | 计数频率与范围 | PSC 711 µs 计数、ARR 65535 | 72 MHz / (711) **1 MHz**即 **1 个计数 1 µs**最大量程 65535 µs ≈ 65.5 ms刚好覆盖 38 ms。---# 九、实践踩坑清单1. **Trig 必须 ≥ 10 µs**太短模块不响应Echo 一直保持低电平。2. **Trig 别忘了拉低**只拉高不拉低模块不会启动一次新的测量。3. **捕获分频必须是 ÷1**配成 ÷2 会漏掉一半边沿测出来直接翻倍。4. **一定要加超时保护**前方无障碍物时 Echo 可能长时间不拉低程序不能死等下降沿——用 CC2 超时或 CNT 溢出判定。5. **PA0 的双重身份**作 Trig 时是 GPIO 推挽输出如果 Echo 也接到某个定时器通道配置时要分清输出模式和输入捕获模式不能在同一引脚的同一通道上同时生效。6. **警惕滤波延迟**滤波长度配得过大会引入几微秒的固定偏差近距离测量时误差明显。---# 十、全文一句话总结 **Trig 用 PA0 推挽输出一个 ≥10 µs 的脉冲开启测量HC-SR04 自己产生 Echo 高电平脉冲宽度正比于距离Echo 进定时器 CH1依次经过输入滤波、边沿检测、信号选择TRC、捕获分频÷1上升沿触发从模式复位把 CNT 清零、同时存进 CCR1下降沿通过 CH2 存进 CCR2CCR2 - CCR1 就是高电平时间除以 58 就是厘米数。**注学生自己复习用仅供参考/
title: HC-SR04 超声测距为什么必须用「输入捕获 从模式复位」把 Echo 的每一段路都走一遍tags: [STM32, 定时器, 输入捕获, HC-SR04, 超声测距, 从模式控制器]---# 前言初学 HC-SR04最容易卡住的不是接线而是三个问题1. **Echo 的脉冲到底是谁产生的**2. **它进了 STM32 之后走了哪些路**3. **为什么非要开「从模式复位」和两个捕获通道一个不够吗**这篇笔记把这三件事一次性讲透。核心只有一句话 **Trig 是 STM32 发出去的发令枪Echo 是 HC-SR04 自己产生的秒表而 STM32 的定时器只负责给这块秒表拍两张照片。**---# 一、先分清两个脉冲别搞混| 脉冲 | 谁产生 | 走到哪 | 特征 ||---|---|---|---|| **Trig 触发脉冲** | STM32 的 **PA0**推挽输出 | → HC-SR04 的 **Trig** 脚 | 软件拉高 **≥ 10 µs** 再拉低 || **Echo 回响脉冲** | **HC-SR04 模块内部自己产生** | 从 **Echo** 脚输出 → STM32 | 高电平宽度 声波往返时间最长约 **38 ms** |一句话记牢 **Trig 引脚用于开启测量。要开启一次测量就得给 Trig 一个脉冲。** **Echo 的脉冲是 HC-SR04 模块自己产生的从 Echo 脚输出。**所以 STM32 的活儿只有一件**把 Echo 的高电平有多宽量出来。**---# 二、从声波到引脚Echo 是怎么被造出来的PA0 输出 10µs Trig 脉冲│▼HC-SR04 内部├─ ① 发射头 T 发出 8 个 40 kHz 超声波脉冲├─ ② 同时把 Echo 拉高开始计时├─ ③ 声波遇障碍物反射被接收头 R 收到└─ ④ 收到回波 → Echo 拉低计时结束- **Echo 高电平持续时间 声波去 回的总时间**- 距离换算$$\text{距离} \frac{\text{Echo 高电平时间} \times 340\,\text{m/s}}{2}$$ 除以 2 是因为声波走了一个来回。这是唯一需要软件做的换算。# 四、Echo 进入 STM32 之后的完整路线## 4.1 一句话版 **Echo 引脚 → 定时器 CH1 输入 → 输入滤波 → 边沿检测 → TI1FP1 → 一分为二** **一路触发从模式控制器把 CNT 清零同时 CH1 捕获上升沿存 CCR1** **另一路把信号送到 CH2等 Echo 下降沿到来时捕获 CNT 到 CCR2。**## 4.2 框图版┌──────────── CNT计数器────────────┐│ ▲ ││ ┌────┴────┐ ┌───────┐ ││ │ PSC │ │ ARR │ ││ └─────────┘ └───────┘ │└──────┬──────────────────┬───────────┘│ 捕获 │ 捕获┌────▼────┐ ┌────▼────┐│ CCR1 │ │ CCR2 │└────▲────┘ └────▲────┘│ 拍照 │ 拍照Echo ──► CH1 ──► 输入滤波 ──► 边沿检测 ──┐ ││ │ ││ ┌────┴──┴────┐│ │ 捕获分频 ││ │ ÷1/2/4/8 ││ └────────────┘│└──► 上升沿脉冲 ──┐├─► 信号选择 ─► TRC下降沿脉冲 ──┘ │▼┌──────────────────┐│ 从模式控制器 ││ (复位模式 Reset) │└────────┬─────────┘│清空 CNT 0关键点**Echo 接的是 TIM 的 CH1复用输入Trig 接的是普通 GPIO 输出PA0。**发送和接收分开走不要试图拿同一个引脚同时干两件事。---# 五、再把输入通道拆成 6 个节点这张图最值钱从引脚到 CCR 寄存器信号其实过了**四个阶段、六个节点**CH1引脚 ──①──► [输入滤波] ──②──► [边沿检测] ──③④──► [信号选择/TRC] ──⑤──► [捕获分频] ──⑥──► CCR1第一阶段 第二阶段 第三阶段 第四阶段底下六个波形就是同一根 Echo 信号在不同节点上的样子**越往右越干净、越窄、越稀疏。**## 第一阶段输入滤波节点 ① → ②fCK_INT ──► ÷1/2/4/8 ──► fDTS ──┐▼CH1引脚 ──────────────► [ 输入滤波 ] ──► 节点②- **作用**消抖、去毛刺。节点①里那段密集抖动到节点②被整块吃掉只留真正的边沿。- **原理**不是 RC 模拟滤波而是**数字采样**——用 fDTS 去连续采输入电平要求**连续 N 次采样都相同**N 由 IC1F[3:0] 决定输出才翻转。- **两个可调项**都在这一级- 前级 DTS 分频 ÷1 / ÷2 / ÷4 / ÷8 → 决定**采样快慢**- 滤波长度 IC1F → 决定**要连续采几次相同才算数**- **代价**滤波越强边沿延迟越大。 ⚠️ **别搞混**这里是 **fDTS 分频**后面第四阶段还有一个**捕获分频**。两者位置不同、作用完全不同。## 第二阶段边沿检测节点 ② → ③④信号在这一级被**一分为二**| 输出 | 含义 | 节点 ||---|---|---|| **上升沿脉冲** | 检到上升沿的**那一刻**产生一个脉冲 | 节点③ || **下降沿脉冲** | 检到下降沿的**那一刻**产生一个脉冲 | 节点④ |- 输出的**不是电平而是瞬间脉冲**所以节点③④看起来又窄又尖。- 这一级同时也分出 **CH2 的上升/下降沿脉冲**即 TI1FP2——这就是一个引脚能同时被两个通道使用的由来。- 选哪个沿由 CC1P / CC1NP 这类极性位决定。## 第三阶段信号选择 / TRC节点 ④ → ⑤上升沿脉冲 ─┐├─► [ 直接 / 间接 ] ─► TRC ─► 从模式控制器下降沿脉冲 ─┘- **直接 vs 间接**就是**是否再取反一次**。直接 原样送出间接 反相送出。- **TRC**触发选择器决定到底拿哪一路TI1FP1 / TI1FP2 / TI2FP1 …去驱动从模式控制器。- **节点⑤**就是最终真正送进定时器、去命令 CNT 动作的那个脉冲。## 第四阶段捕获分频节点 ⑤ → ⑥节点⑤ ──► [ 分频 ÷1/2/4/8 ] ──► 节点⑥ ──► CC1 捕获事件- 由 IC1PSC 配置**来 N 个边沿才真正捕获一次**。- 图中配的是 **÷2**所以红色圆圈里**两个脉冲只留了一个**节点⑥明显比节点⑤稀疏。- **测距必须配 ÷1**否则漏掉边沿脉宽直接算错。## 收尾拍照 清零节点⑥ ──► 捕获事件├─► 【拍照】把此刻 CNT 的值拷进 CCR1└─► 【清零】从模式控制器把 CNT 打回 0- **拍照**CCR 只负责记录此刻计数值像按快门。- **清零**复位模式Reset Mode下CNT 被硬件打回 0重新开始计时。- 两者**由同一个沿、在硬件上同时发生**。---# 六、核心机制上升沿存 CCR1下降沿存 CCR2这是整个方案的心脏一张图说清上升沿 下降沿│ │▼ ▼通道1 ──► ┌──────┐ ┌──────────┐│ CCR1 │ │ CCR2 │ ◄── 通道2└──────┘ └──────────┘▲ ▲│ │┌──────────┴────────────────────────┴──────────┐│ CNT 阶梯计数 │└──────────────────────────────────────────────┘- **遇到上升沿就保存到 CCR1 中**- **遇到下降沿就保存到 CCR2 中**于是脉宽 CCR2 - CCR1如果用**复位模式**上升沿会把 CNT 同时清零所以 **CCR1 恒等于 0**直接读 CCR2 就是微秒数距离(cm) CCR2 / 58 1 计数 1µs 时---# 七、为什么要用「从模式复位」一个通道不行吗理论上用两个通道分别捕获两个沿然后做减法也能算。但复位模式有三个实打实的好处1. **省掉减法也天然防溢出**上升沿把 CNT 归零脉宽直接就是 CCR2 的值。同时最大计数值被压到一个 Echo 周期内16 位计数器不容易溢出。2. **硬件级测量不受中断延迟影响**捕获值是硬件瞬间锁存的软件晚几十微秒再去读**测出来的时间依然是准的**。用软件中断记时间戳则会被中断延迟和优先级抖动污染。3. **一次触发、两路协同全程零 CPU 干预**CH1 管起跑清零 记起点CH2 管终点记终点一个定时器同时完成清零和两端捕获。---# 八、配置速查表| 阶段 | 寄存器位 | 作用 | 测距推荐值 ||---|---|---|---|| 一阶段 DTS 分频 | IC1F 中 DTS 位 | 采样时钟快慢 | 视噪声一般 ÷1 或 ÷2 || 一阶段 滤波长度 | IC1F[3:0] | 连续采样确认次数 | 0x3 ~ 0x7轻度滤波 || 二阶段 边沿极性 | CC1P/CC1NP、CC2P/CC2NP | 选捕获哪个沿 | CH1 上升沿、CH2 下降沿 || 三阶段 触发源 | TS[2:0] | TRC 选谁 | TI1FP1 || 三阶段 从模式 | SMS[2:0] | 触发后干什么 | **Reset mode复位模式** || 四阶段 捕获分频 | IC1PSC / IC2PSC | 几个沿捕获一次 | **÷1** || 时基 | PSC / ARR | 计数频率与范围 | PSC 711 µs 计数、ARR 65535 | 72 MHz / (711) **1 MHz**即 **1 个计数 1 µs**最大量程 65535 µs ≈ 65.5 ms刚好覆盖 38 ms。---# 九、实践踩坑清单1. **Trig 必须 ≥ 10 µs**太短模块不响应Echo 一直保持低电平。2. **Trig 别忘了拉低**只拉高不拉低模块不会启动一次新的测量。3. **捕获分频必须是 ÷1**配成 ÷2 会漏掉一半边沿测出来直接翻倍。4. **一定要加超时保护**前方无障碍物时 Echo 可能长时间不拉低程序不能死等下降沿——用 CC2 超时或 CNT 溢出判定。5. **PA0 的双重身份**作 Trig 时是 GPIO 推挽输出如果 Echo 也接到某个定时器通道配置时要分清输出模式和输入捕获模式不能在同一引脚的同一通道上同时生效。6. **警惕滤波延迟**滤波长度配得过大会引入几微秒的固定偏差近距离测量时误差明显。---# 十、全文一句话总结 **Trig 用 PA0 推挽输出一个 ≥10 µs 的脉冲开启测量HC-SR04 自己产生 Echo 高电平脉冲宽度正比于距离Echo 进定时器 CH1依次经过输入滤波、边沿检测、信号选择TRC、捕获分频÷1上升沿触发从模式复位把 CNT 清零、同时存进 CCR1下降沿通过 CH2 存进 CCR2CCR2 - CCR1 就是高电平时间除以 58 就是厘米数。**注学生自己复习用仅供参考/
