不管是對于初學(xué)者還是對于一個玩過單片機的電子愛好者來說，或多或少都接觸到過小車項目，今天給大家介紹的的一個項目基于STM32超聲波避障小車。這也是我曾經(jīng)的一個課設(shè)，在此開源分享給大家，全文5000多字，干貨滿滿，加油讀完，保證你收貨多多。

基于STM32超聲波避障小車https://www.zhihu.com/video/1229107254572007424

處理器電路設(shè)計

單片機是系統(tǒng)的CPU，是系統(tǒng)穩(wěn)定、正常運行的重要前提，以下為單片機選型的兩種方案： （1）傳統(tǒng)的8位單片機，是通過超大規(guī)模集成電路對其進行集成為一個獨立芯片的控制器。內(nèi)部組件包括CPU、隨機存儲器、只讀存儲器、I/O接口、中斷系統(tǒng)、計時器、串口通訊、數(shù)模轉(zhuǎn)換等。STC89C52單片機是最常見的51單片機，但是資源較少，精確度低，處理速度相比STM32單片機差很多。 （2）使用目前市面上最常見的STM32單片機，STM32系列單片機可分為ARMCortex-M3內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)的不同應(yīng)用領(lǐng)域。它可分為STM32F1系列和STM32F4系列，STM32F1系列單片機時鐘頻率最高可達72MHZ，在同一產(chǎn)品中性能最好。單片機的基本處理速度為36米，16位單片機的性能也很好。微晶片的內(nèi)建快閃記憶體相當大，范圍從32kb到512kb，可視需要選擇。單個設(shè)備的功耗非常低，僅360mA，32位單片機產(chǎn)品的功耗最低，每兆赫只有0.5安培。特別值得一提的是，內(nèi)接單晶片匯流排是一種Harvard架構(gòu)，可執(zhí)行速度高達1.25 DMIPS/MHz的指令。此芯片越來越多地被用作主要控制器。 通過對單片機的資源和處理時間的速度我們采用選擇STM32103C8T6為本系統(tǒng)主控芯片，程序下載是只需要一個JLINK就可以輕松完成。控制器模塊電路如下所示：

電源模塊設(shè)計

本設(shè)計采用鋰電池供電, 模塊的供電電壓一般都為5V，同時超聲波模塊需要較大的電流才能正常工作，所以在降壓的基礎(chǔ)上也要保證足夠大的輸出電流。本設(shè)計采用可調(diào)輸出版本，模塊的輸入電壓范圍廣，輸出電壓在1.25V-35V內(nèi)可調(diào)，電壓轉(zhuǎn)換效率高，輸出紋波小。降壓電路如下所示：

電機驅(qū)動模塊設(shè)計

要完成轉(zhuǎn)向是能夠利用單片機實現(xiàn)的，然而單片機I0的帶負載能力弱，因此我們選擇了大功率放大器件TB6612FNG。TB6612FNG是采用MOSFET-H橋結(jié)構(gòu)的雙通道大電流電路輸出，可以控制2個電機的驅(qū)動。相比普通的電機驅(qū)動，外圍電路非常簡單，只需要一個芯片和一個鉭電容進行PWM輸出濾波，系統(tǒng)尺寸小。PWM信號輸入頻率范圍廣，輕松滿足本設(shè)計的需求。

電源驅(qū)動引腳表

控制芯片:TB6612 控制芯片數(shù)量:21號TB6612引腳分配：VM PWMA--------->TIM1_CH1(PA8)VCC AIN2--------->GPIOB_12GND AIN1--------->GPIOB_13AO1 STBY--------->GPIOB_14AO2 BIN1--------->GPIOB_15BO2 BIN2--------->GPIOA_12BO1 PWMB--------->TIM1_CH2(PA9)GND GND2號TB6612引腳分配：VM PWMA--------->TIM1_CH3(PA10)VCC AIN2--------->GPIOB_5GND AIN1--------->GPIOB_6AO1 STBY--------->GPIOB_7AO2 BIN1--------->GPIOB_8BO2 BIN2--------->GPIOA_9BO1 PWMB--------->TIM1_CH4(PA11)GND GND 真值表AIN1 0 1 0 1AIN2 0 0 1 1BIN1 0 1 0 1BIN2 0 0 1 1停止 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 剎車

電機所用到的定時器配置

//初始化TIMX,設(shè)置TIMx的ARR,PSC //arr：自動重裝載初值，psc為預(yù)分頻值，兩者配合控制定時器時鐘的周期 //定時器選擇TIM1 static void TB6612_ADVANCE_TIM1_Mode_Config(TIM_TypeDef* TIMx,uint16_t arr,uint16_t psc,uint16_t duty){//-----------------時基結(jié)構(gòu)體初始化-------------------------/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeStructure;/*開啟定時器1時鐘，即內(nèi)部時鐘CK_INT=72M*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1,ENABLE);TIM_DeInit(TIMx);/*內(nèi)部時鐘作為計數(shù)器時鐘，72MHZ*/TIM_InternalClockConfig(TIMx);/*自動重裝載寄存器的值，累計TIM_Period+1個頻率后產(chǎn)生一個更新或者中斷*/TIM_TimeStructure.TIM_Period=arr;/*時鐘預(yù)分頻系數(shù)為71，則驅(qū)動計數(shù)器的時鐘CK_CNT=CK_INT/(71+1)=1MHZ*/TIM_TimeStructure.TIM_Prescaler=psc-1;/*設(shè)置時鐘分割，TIM_CKD_DIV1=0，PWM波不延時*/TIM_TimeStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;/*向上計數(shù)模式*/TIM_TimeStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;/*重復(fù)計數(shù)器*/TIM_TimeStructure.TIM_RepetitionCounter=0;/*初始化定時器*/TIM_TimeBaseInit(TIMx,&TIM_TimeStructure);/*使能ARR預(yù)裝載寄存器(影子寄存器)*/TIM_ARRPreloadConfig(TIMx,ENABLE);//-----------------輸出比較結(jié)構(gòu)體初始化-----------------------/TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;/*PWM模式設(shè)置，設(shè)置為PWM模式1*/TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;/*PWM輸出使能相應(yīng)的IO口輸出信號*/TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;/*設(shè)置占空比大小,CCR1[15:0]: 捕獲/比較通道1的值,若CC1通道配置為輸出：CCR1包含了裝入當前捕獲/比較1寄存器的值(預(yù)裝載值)。*/TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=duty;/*輸出通道電平極性設(shè)置*/TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;/*初始化輸出比較參數(shù)*/TIM_OC1Init(TIMx,&TIM_OCInitStructure);//初始化TIM1 通道1TIM_OC2Init(TIMx,&TIM_OCInitStructure);//初始化TIM1 通道2TIM_OC3Init(TIMx,&TIM_OCInitStructure);//初始化TIM1 通道3TIM_OC4Init(TIMx,&TIM_OCInitStructure);//初始化TIM1 通道4/*自動重裝載*/TIM_OC1PreloadConfig(TIMx,TIM_OCPreload_Enable);TIM_OC2PreloadConfig(TIMx,TIM_OCPreload_Enable);TIM_OC3PreloadConfig(TIMx,TIM_OCPreload_Enable);TIM_OC4PreloadConfig(TIMx,TIM_OCPreload_Enable);/*使能計數(shù)器*/TIM_Cmd(TIMx,ENABLE);/*主輸出使能,如果設(shè)置了相應(yīng)的使能位(TIMx_CCER寄存器的CCxE、CCxNE位)，則開啟OC和OCN輸出。*/TIM_CtrlPWMOutputs(TIMx,ENABLE); } //高級定時器輸出通道初始化函數(shù) static void TB6612_ADVANCE_TIM_Gpio_Config() {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;/*----------通道1配置--------------*//*定時器1輸出比較通道*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);/*配置為復(fù)用推挽輸出*/GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);/*-----------通道二配置-------------*//*定時器1輸出比較通道*//*配置為復(fù)用推挽輸出*/GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_11;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);/*-----------通道三配置-------------*//*定時器1輸出比較通道*//*配置為復(fù)用推挽輸出*/GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);/*-----------通道四配置-------------*//*定時器1輸出比較通道*//*配置為復(fù)用推挽輸出*/GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct); }

超聲波模塊

采用HC-SR04超聲波模塊，該芯片具有較高的集成度以及良好的穩(wěn)定性，測度距離十分精確，十分穩(wěn)定。供電電壓為DC5V供電電流小于10mA，探測距離為0.010m-3.5m一共有四個引腳VCC(DC5V)、Triger（發(fā)射端）、Echo（接收端）、GND（地）。HC-SR04實物圖如下：

該模塊是利用單片機的IO觸發(fā)電平測距，單片機內(nèi)部利用普通定時器產(chǎn)生一個高電平信號之后，超聲波就可以自主發(fā)送頻率為40khz的方波，然后等待信號的返回；若有信號返回，單片機IO口就立刻輸出一高電平，利用高電平產(chǎn)生的時間可以計算小車與障礙物的距離。最終距離就是高電平持續(xù)時間乘以聲音在空氣中傳播的速度再除以2，可以反復(fù)測量距離。 在程序開始首先初始化超聲波，利用定時器并設(shè)置時基的自動重裝載初值1000，psc為預(yù)分頻值72，這樣的話我們產(chǎn)生一次中斷的時間是1ms，并設(shè)置搶占優(yōu)先級0，子優(yōu)先級3。HC_SR04_Echo引腳接收到高電平，打開定時器，且每1ms進入一次中斷。在測量時首先讓Trig發(fā)送一個大于10us的高電平，然后拉高HC_SR04_Trig，當Echo為0時打開定時器計時，當Echo為1時關(guān)閉定時器，通過公式計算距離。 模塊工作原理： (1)單片機觸發(fā)引腳，輸出高電平信號； (2)模塊發(fā)送端自動發(fā)送特定頻率的方波； (3)如果有信號返回，通過IO輸出一高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波的發(fā)射時長； (4)測試距離=(高電平時間*聲速(340M/S))/2。 注意：在硬件操作上需要首先讓模塊地端先連接，否則會影響模塊工作。測距時，被測物體的擺放不能太過于雜亂，否則會影響測試結(jié)果。

超聲波重要代碼（可參考）

/* 獲取接收到的高電平的時間（us*/uint32_t Get_HC_SR04_Time(void){uint32_t t=0;t=Acoustic_Distance_Count*1000;//ust+=TIM_GetCounter(TIM2);//獲取usTIM2->CNT =0;Acoustic_Distance_Count=0;Systic_Delay_us(100);return t; } /*獲取距離*/ void Get_HC_SR04_Distance(void) {static uint16_t count=0;switch(count){case 1:{GPIO_SetBits(Acoustic_Port,HC_SR04_Trig);//Trig發(fā)送一個大于10us的高電平}break;case 15:{count=0;GPIO_ResetBits(Acoustic_Port,HC_SR04_Trig);while(GPIO_ReadInputDataBit(Acoustic_Port,HC_SR04_Echo)==0);//當Echo為0時打開定時器 計時Open_Tim2();while(GPIO_ReadInputDataBit(Acoustic_Port,HC_SR04_Echo)==1);//當Echo為0時打開定時器 計時Close_Tim2();HC_SR04_Distance=(float)(Get_HC_SR04_Time()/5.78);}break;default:break;}count++; }

舵機模塊

本系統(tǒng)使用的是SG90型號的舵機，舵機是一種常見的角度驅(qū)動器，本系統(tǒng)需要判斷不同位置的障礙物可以且對轉(zhuǎn)向的力度小。舵機可以理解為方向盤稱，方向盤是一個常見的名字。它實際上是一個伺服馬達。舵機實物圖如下：

舵機模塊接口簡單，舵機模塊只有三個引腳。分別引引出了三根線左右兩邊是電源正負接口線，中間一根是PWM信號線直接連接單片機的控制引腳。通過控制單片機的引腳輸出的脈沖寬度進而控制舵機旋轉(zhuǎn)的角度。舵機每增加0.1ms 舵機對應(yīng)增加9度。 0.5ms---------0 1.0ms---------45
1.5ms---------90 2.0ms---------135 2.5ms-----------180 20ms的時基脈沖，如果想讓舵機轉(zhuǎn)90度，就應(yīng)該發(fā)生一個高電平持續(xù)時間為1.5ms，周期為20ms的方波，duty=1.5/20=7.5%。在這里設(shè)置定時器自動重裝載寄存器arr的值為1000，所以當占空比為百分之75是，在程序中就要設(shè)置占空比為75/1000=7.5%， 這就是具體的算法。

舵機重要代碼（可參考）

/**PWM引腳初始化*/static void SERVO_Gpio_Init(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;/*----------通道2配置--------------*//*定時器3輸出比較通道*/RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);/*配置為復(fù)用推挽輸出*/GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=GPIO_Pin_7;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct); } //定時器3初始化，設(shè)置TIMx的ARR,PSC //arr：自動重裝載初值，psc為預(yù)分頻值，兩者配合控制定時器時鐘的周期 static void SERVO_TIM_Config(TIM_TypeDef* TIMx,uint16_t arr,uint16_t psc,uint16_t duty) {//-----------------時基結(jié)構(gòu)體初始化-------------------------/TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeStructure;/*開啟定時器3時鐘，即內(nèi)部時鐘CK_INT=72M*/RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);TIM_DeInit(TIMx);/*內(nèi)部時鐘作為計數(shù)器時鐘，72MHZ*/TIM_InternalClockConfig(TIMx);/*自動重裝載寄存器的值，累計TIM_Period+1個頻率后產(chǎn)生一個更新或者中斷*/TIM_TimeStructure.TIM_Period=arr;//1000 當定時器從0計數(shù)到999，即1000次，為一個定時周期/*時鐘預(yù)分頻系數(shù)為71，則驅(qū)動計數(shù)器的時鐘CK_CNT=CK_INT/(1440-1+1)=0.05MHZ*/TIM_TimeStructure.TIM_Prescaler=psc-1;;//1400 //即定時器的頻率為5KHZ/*設(shè)置時鐘分割，TIM_CKD_DIV1=0，PWM波不延時*/TIM_TimeStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1;/*向上計數(shù)模式*/TIM_TimeStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up;/*重復(fù)計數(shù)器*/TIM_TimeStructure.TIM_RepetitionCounter=0;/*初始化定時器*/TIM_TimeBaseInit(TIMx,&TIM_TimeStructure);/*使能ARR預(yù)裝載寄存器(影子寄存器)*/TIM_ARRPreloadConfig(TIMx,ENABLE);//-----------------輸出比較結(jié)構(gòu)體初始化 開始-----------------------/TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;/*PWM模式設(shè)置，設(shè)置為PWM模式1*/TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;/*PWM輸出使能相應(yīng)的IO口輸出信號*/TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;/*設(shè)置占空比大小,CCR1[15:0]: 捕獲/比較通道1的值,若CC1通道配置為輸出：CCR1包含了裝入當前捕獲/比較1寄存器的值(預(yù)裝載值)。*/TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=duty; //占空比大小/*輸出通道電平極性設(shè)置*/TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;/*初始化輸出比較參數(shù)*/TIM_OC2Init(TIMx,&TIM_OCInitStructure);//-----------------輸出比較結(jié)構(gòu)體初始化 結(jié)束-----------------------//*自動重裝載*/TIM_OC2PreloadConfig(TIMx,TIM_OCPreload_Enable);/*使能計數(shù)器*/TIM_Cmd(TIMx,ENABLE);/*主輸出使能,如果設(shè)置了相應(yīng)的使能位(TIMx_CCER寄存器的CCxE、CCxNE位)，則開啟OC和OCN輸出。*/TIM_CtrlPWMOutputs(TIMx,ENABLE); } /*舵機PWM初始化每增加0.1ms 舵機對應(yīng)增加9度 0.5ms---------0 1.0ms---------45 1.5ms---------90 2.0ms---------135 2.5ms-----------180 2.1ms turn_left=150 0.8ms turn_right=25 1.3ms turn_front=75 20ms的時基脈沖，如果想讓舵機轉(zhuǎn)90度，就應(yīng)該發(fā)生一個高電平為1.5ms，周期為20ms的方波，duty=1.5/20=7.5% ,而定時器自動重裝載寄存器arr的值為 1000 ，所以duty=75，時占空比為75/1000=7.5%. */ void SERVO_Init(void) {SERVO_Gpio_Init();SERVO_TIM_Config(TIM3,1000,1440,turn_front); /** 我們把定時器設(shè)置自動重裝載寄存器 arr 的值為 1000，設(shè)置時鐘預(yù)分頻器為 1440，則 驅(qū)動計數(shù)器的時鐘：CK_CNT = CK_INT / (1440-1+1)=0.05M，則計數(shù)器計數(shù)一次的時間等于： 1/CK_CNT=20us，當計數(shù)器計數(shù)到 ARR 的值 1000 時，產(chǎn)生一次中斷，則中斷一次的時間 為：1/CK_CNT*ARR=20ms。 PWM 信號的頻率 f = TIM_CLK/{(ARR+1)*(PSC+1)} TIM_CLK=72MHZ= 72 000 000/(1000*1440)=5KHZ */ } /*舵機角度控制*/ void SERVO_Angle_Control(uint16_t Compare2) {TIM_SetCompare2(TIM3,Compare2); }

編碼器模塊

調(diào)節(jié)小車前進的速度和避障快慢我們采用EC11旋轉(zhuǎn)式編碼器，可以用于光度、濕度、音量調(diào)節(jié)等參數(shù)的調(diào)節(jié)。EC11編碼器的形狀類似于電位器，中心有一個旋鈕可以調(diào)節(jié)PWM信號，光電碼盤利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖。EC11編碼器的實物圖如下：

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用來顯示小車轉(zhuǎn)速，以及左右編碼器數(shù)值和電池電壓等參數(shù)所用的是OLED顯示模塊，分辨率較高，而且功耗低，正常顯示時僅0.06W，供電電壓范圍在3.3V-5V，有IIC和SPI兩種通信協(xié)議可供選擇。顯示模塊的亮度和對比度可以通過程序設(shè)置。由于它使用壽命長以及其他的優(yōu)點，OLED更加適合小系統(tǒng)，本系統(tǒng)由于單片機引腳有限，不適合利用簡單的LCD1602或者12864來顯示，在多方對比之下OLED效果更好。OLED顯示部分相對比較簡單，大家參考中景園的例程就可以實現(xiàn)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的stm32捕获占空比_基于STM32超声波避障小车的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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