STM32驅(qū)動(dòng)超聲波測(cè)距的硬件基礎(chǔ)是模塊與控制器的信號(hào)交互，以最常用的HC - SR04模塊為例，其與STM32的連接僅需兩根GPIO引腳：Trig引腳負(fù)責(zé)接收STM32的觸發(fā)信號(hào)，Echo引腳則向STM32反饋反射波的時(shí)間信息。Trig引腳通常連接STM32的通用輸出引腳（如PA0），STM32通過(guò)向該引腳輸出至少10μs的高電平脈沖，觸發(fā)HC - SR04內(nèi)部的振蕩器產(chǎn)生40kHz的超聲波信號(hào)，經(jīng)壓電換能器轉(zhuǎn)換為機(jī)械波發(fā)射出去。Echo引腳則連接STM32支持輸入捕獲功能的引腳（如PA1），當(dāng)超聲波遇到障礙物反射回來(lái)時(shí)，HC - SR04會(huì)通過(guò)Echo引腳輸出高電平，高電平的持續(xù)時(shí)間恰好等于超聲波往返的時(shí)間差，這一信號(hào)將被STM32的定時(shí)器捕獲，作為距離計(jì)算的關(guān)鍵依據(jù)。此外，模塊還需穩(wěn)定的5V電源供電，接地端需與STM32共地，避免電位差導(dǎo)致的信號(hào)干擾。

軟件實(shí)現(xiàn)的核心是通過(guò)STM32的定時(shí)器輸入捕獲功能精準(zhǔn)測(cè)量Echo引腳的高電平 duration。通常選擇高級(jí)定時(shí)器（如TIM1）或通用定時(shí)器（如TIM2）的輸入捕獲通道，配置步驟需兼顧時(shí)間精度與響應(yīng)速度。首先初始化定時(shí)器時(shí)鐘，將預(yù)分頻器（PSC）設(shè)置為合適的值，例如STM32F1系列主頻72MHz時(shí)，若PSC設(shè)為71，則定時(shí)器計(jì)數(shù)頻率為1MHz（即每個(gè)計(jì)數(shù)單位代表1μs），可滿足大多數(shù)場(chǎng)景的時(shí)間測(cè)量精度需求。接著配置輸入捕獲模式，設(shè)置Echo引腳對(duì)應(yīng)的通道為上升沿觸發(fā)，當(dāng)檢測(cè)到Echo引腳從低電平跳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，定時(shí)器會(huì)立即鎖存當(dāng)前計(jì)數(shù)值（記為CNT1），同時(shí)觸發(fā)中斷；在中斷服務(wù)函數(shù)中，需迅速將捕獲邊沿切換為下降沿，等待反射波結(jié)束時(shí)的電平跳變。當(dāng)Echo引腳從高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，定時(shí)器再次鎖存計(jì)數(shù)值（記為CNT2），此時(shí)兩次計(jì)數(shù)值的差值（ΔCNT = CNT2 - CNT1）即為超聲波往返的時(shí)間（單位μs）。

距離計(jì)算需結(jié)合聲速公式與時(shí)間差，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（25℃）聲速約為343m/s，即0.0343cm/μs，由于超聲波需往返一次，實(shí)際距離公式為：距離（cm）=（ΔCNT × 0.0343）/ 2。但實(shí)際應(yīng)用中，溫度對(duì)聲速的影響不可忽視，需通過(guò)集成溫度傳感器（如DS18B20）進(jìn)行補(bǔ)償，聲速與溫度的關(guān)系可近似為：聲速（m/s）= 331.5 + 0.6 × 溫度（℃），將實(shí)時(shí)溫度代入公式可顯著提升測(cè)距精度。例如，當(dāng)環(huán)境溫度為0℃時(shí)，聲速降至331.5m/s，若仍使用343m/s計(jì)算，100cm的實(shí)際距離會(huì)被誤算為103.5cm，誤差超過(guò)3%。

在實(shí)際調(diào)試中，需解決多個(gè)影響穩(wěn)定性的問(wèn)題。超聲波模塊存在測(cè)距盲區(qū)（通常2 - 4cm），當(dāng)障礙物過(guò)近時(shí)，發(fā)射的強(qiáng)信號(hào)會(huì)直接干擾接收電路，導(dǎo)致Echo引腳輸出異常高電平，此時(shí)需通過(guò)軟件判斷，若ΔCNT小于某個(gè)閾值（如200μs，對(duì)應(yīng)約3.4cm），則判定為無(wú)效數(shù)據(jù)。另外，環(huán)境中的雜物反射、聲波擴(kuò)散等因素可能導(dǎo)致虛假觸發(fā)，可通過(guò)連續(xù)多次測(cè)量取平均值的方式濾波，例如連續(xù)測(cè)量5次，剔除最大值和最小值后計(jì)算平均，減少偶然誤差。對(duì)于定時(shí)器溢出問(wèn)題，若測(cè)量距離過(guò)遠(yuǎn)（如HC - SR04最大測(cè)距4m，對(duì)應(yīng)往返時(shí)間約23529μs），16位定時(shí)器在1MHz計(jì)數(shù)頻率下最大計(jì)數(shù)值為65535，可覆蓋約11m的測(cè)距范圍，足夠滿足多數(shù)場(chǎng)景，但若需更遠(yuǎn)測(cè)距，需在定時(shí)器溢出中斷中記錄溢出次數(shù)，確保ΔCNT計(jì)算準(zhǔn)確。

STM32的中斷機(jī)制在超聲波測(cè)距中起到關(guān)鍵的實(shí)時(shí)響應(yīng)作用。當(dāng)Echo引腳出現(xiàn)邊沿跳變時(shí)，輸入捕獲中斷能在微秒級(jí)時(shí)間內(nèi)觸發(fā)，避免軟件查詢導(dǎo)致的延遲誤差。但中斷服務(wù)函數(shù)需保持精簡(jiǎn)，僅完成計(jì)數(shù)值讀取、邊沿切換、溢出判斷等核心操作，將距離計(jì)算、數(shù)據(jù)濾波等耗時(shí)任務(wù)交給主循環(huán)處理，防止中斷阻塞影響其他系統(tǒng)功能。例如，在中斷中僅存儲(chǔ)CNT1和CNT2的值，設(shè)置“測(cè)量完成”標(biāo)志位，主循環(huán)檢測(cè)到標(biāo)志位后再進(jìn)行距離計(jì)算與補(bǔ)償，既保證了捕獲的實(shí)時(shí)性，又避免了中斷耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)。

除基礎(chǔ)測(cè)距功能外，結(jié)合STM32的豐富外設(shè)還可拓展更多應(yīng)用。例如，通過(guò)DMA傳輸定時(shí)器計(jì)數(shù)值，減少CPU在數(shù)據(jù)讀取上的開(kāi)銷；利用LCD或OLED屏幕實(shí)時(shí)顯示測(cè)量距離，配合按鍵實(shí)現(xiàn)測(cè)距模式切換；在智能小車(chē)中，將測(cè)距數(shù)據(jù)與PWM電機(jī)控制結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遇障自動(dòng)減速或轉(zhuǎn)向。這些拓展應(yīng)用的核心仍在于對(duì)超聲波時(shí)間差測(cè)量的精準(zhǔn)把控，而STM32的定時(shí)器輸入捕獲與GPIO控制能力，為這種精準(zhǔn)性提供了堅(jiān)實(shí)的硬件支撐。

STM32超聲波測(cè)距的實(shí)現(xiàn)是硬件特性與軟件邏輯的深度融合：HC - SR04模塊提供聲波收發(fā)的物理基礎(chǔ)，STM32的定時(shí)器輸入捕獲實(shí)現(xiàn)時(shí)間差的高精度測(cè)量，中斷機(jī)制保障實(shí)時(shí)響應(yīng)，溫度補(bǔ)償與軟件濾波則提升了測(cè)量的可靠性。從觸發(fā)信號(hào)的輸出到反射時(shí)間的捕獲，再到距離的計(jì)算與優(yōu)化，每個(gè)環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)處理都影響著最終效果，這也體現(xiàn)了嵌入式開(kāi)發(fā)中“硬件為基、軟件賦能”的核心思想——只有充分理解外設(shè)特性與控制器功能，才能構(gòu)建出穩(wěn)定、精準(zhǔn)的超聲波測(cè)距系統(tǒng)，滿足各類嵌入式應(yīng)用的需求。