STM32单片机的基本原理与应用（七）

超声波测距实验

基本原理

超声波测距实验是STM32单片机通过控制HC-SR04超声波模块，使其发送超声波，遇到物体反射回超声波来实现距离测量，其原理就是在发射超声波到接收超声波会有一段时间，而超声波在空气中传播的速度为声速（340M/S）,时间＊声速就是超声波的往返距离，那么测量距离＝（往返时间＊声速）/2=超声波往返距离/2。
HC-SR04是怎样做到发送和接收超声波的呢？HC-SR04具有两个控制端口TRIG和ECHO，TRIG用于触发测距，ECHO用于检测是否有超声波信号返回。TRIG给至少10us的高电平信号（超过10us表示在正常工作），接着模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回。有信号返回，通过IO口ECHO输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。

实验原理图

在这里插入图片描述

程序代码

1、超声波发送与接收

void Wave_SRD_Strat(void)
{GPIO_SetBits(GPIOB,Trig);   //将Trig设置为高电平delay_us(20);               //持续大于10us触发，触发超声波模块工作GPIO_ResetBits(GPIOB,Trig); 	
}

void EXTI9_5_IRQHandler(void)
{delay_us(10);if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line8)!=RESET){TIM_SetCounter(TIM3,0);TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);while(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOF,Echo));  //等待低电平TIM_Cmd(TIM3,DISABLE);Distance=TIM_GetCounter(TIM3)*340/200.0;if(Distance>0){printf("Distance:%f cm\r\n",Distance);}	EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line8);}
}

2、主函数

int main(void){		delay_init();	    	 //延时函数初始化	  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级uart_init(115200);	 //串口初始化为115200//EXTIX_Init();		 	//外部中断初始化Timer_SRD_Init(5000,7199);Wave_SRD_Init(); while(1){	    Wave_SRD_Strat();	delay_ms(2000);       	}}

实验现象

在这里插入图片描述
运行程序后打开串口调试助手（注意选择波特率为115200），此时可以观察到串口实时输出超声波距离，可用障碍物遮挡不断实验，障碍物距离不同显示的数据不同。

IIC/EEPROM实验

单片机通过代码模拟IIC总线并对EEPROM芯片AT24C256进行读写，单片机会在0号地址写入字符串‘STM32 IIC TEST’，然后重新读取0号地址并通过TFTLCD屏显示出来。

AT24C256外围电路原理图

在这里插入图片描述
A0、A1：地址选择输入端。
SCL：串行时钟输入。上升沿将SDA上的数据写入存储器，下降沿从存储器读出数据送SDA上。
SDA：双向串行数据输入输出口。用于存储器与单片机之间的数据交换。
WP：写保护输入。此引脚与地相连时，允许写操作；与VCC相连时，所有的写存储器操作被禁止。如果不连，芯片内部下拉到地。
EEPROM 进入开始状态后，需要一个8位的地址字来选择芯片进行读写。设备地址字由5位0、1组成的命令字和两位地址选择位A1、A0和一位读/写操作位构成。对于 AT24C256，命令字为“10100”，同一串行总线上可以连接4个设备，由地址线A1，A0加以区分。如只有一个AT24C256，A1，A0都取 0。最低位为1表示读操作，0表示写操作。
写操作有写页和写字节两种，读操作有当前地址读、随机读、读串三种方式。

程序代码

此处仅展示主函数。

int main(void){	 u8 datatemp[SIZE];delay_init();	    	 //延时函数初始化	  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级uart_init(115200);	 	//串口初始化为115200LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口LCD_Init();			   	//初始化LCD 		AT24CXX_Init();			//IIC初始化 POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"STM32");	LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"IIC TEST");	LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"STM32F103ZET6");LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2015/1/15");	//LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"KEY1:Write  KEY0:Read");	//显示提示信息		while(AT24CXX_Check())//检测不到24c02{LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"24C0256 Check Failed!");printf("24C0256 Check Failed!");delay_ms(500);LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"Please Check!      ");delay_ms(500);LED0=!LED0;//DS0闪烁}LCD_ShowString(30,150,200,16,16,"24C0256 Ready!");    POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色	  LCD_Fill(0,170,239,319,WHITE);//清除半屏    LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Write 24C0256....");AT24CXX_Write(0,(u8*)TEXT_Buffer,SIZE); //写入LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"24C0256 Write Finished!");//提示传送完成delay_ms(1800);			LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"Start Read 24C0256.... ");AT24CXX_Read(0,datatemp,SIZE);  //读取LCD_ShowString(30,170,200,16,16,"The Data Readed Is:");//提示传送完成LCD_ShowString(30,190,200,16,16,datatemp);//显示读到的字符串while(1);}

实验现象

运行程序可以发现TFTLCD屏上显示EEPROM中0号地址保存的字符串“STM32 IIC TEST”。

触摸屏实验

触摸屏实验就是利用单片机制作一个绘图板功能，实现手、触摸笔写画功能。其主要采用电容式触摸屏。 电容式触摸屏主要分为两种：
1、 表面电容式电容触摸屏
表面电容式触摸屏技术是利用 ITO(铟锡氧化物，是一种透明的导电材料)导电膜，通过电场感应方式感测屏幕表面的触摸行为进行。但是表面电容式触摸屏有一些局限性，它只能识别一个手指或者一次触摸。
2、 投射式电容触摸屏
投射电容式触摸屏是传感器利用触摸屏电极发射出静电场线。一般用于投射电容传感技术的电容类型有两种：自我电容和交互电容。
自我电容又称绝对电容，是最广为采用的一种方法，自我电容通常是指扫描电极与地构成的电容。
交互电容又叫做跨越电容，它是在玻璃表面的横向和纵向的 ITO 电极的交叉处形成电容。交互电容的扫描方式就是扫描每个交叉处的电容变化，来判定触摸点的位置。

主函数

int main(void){	 		    delay_init();	    	 //延时函数初始化	  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级uart_init(115200);	 	//串口初始化为115200 LED_Init();			     //LED端口初始化LCD_Init();	
//	KEY_Init();	 	tp_dev.init();	 POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"STM32");	LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"TOUCH TEST");	LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"STM32F103ZET6");LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2020/1/15");//LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"Press KEY0 to Adjust");	
//   	if(tp_dev.touchtype!=0XFF)LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"Press KEY0 to Adjust");//电阻屏才显示delay_ms(1500);Load_Drow_Dialog();	 	if(tp_dev.touchtype&0X80)ctp_test();	//电容屏测试else rtp_test(); 						//电阻屏测试
}

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