需要文字描述而非程序代码

<think>好的，我现在需要帮助用户理解STM32控制SG90舵机和HC-SR04超声波模块的工作原理。用户之前已经得到了代码示例和硬件连接，现在想要更详细的文字描述和原理说明。 首先，我得回顾之前的回答，确保这次的内容不会重复，同时补充更多原理性的解释。用户可能对舵机的PWM控制和超声波测距的时间测量不太清楚，需要深入讲解。 SG90舵机的工作原理部分，需要解释PWM信号如何对应角度，比如周期20ms，脉宽0.5ms到2.5ms对应0-180度。同时要提到STM32如何生成PWM，使用定时器的配置，比如分频和自动重载值设置。这里可能需要引用之前的代码部分，说明如何通过改变占空比来调整角度。 然后是HC-SR04的工作原理，用户可能需要了解Trig和Echo引脚的作用，如何通过触发信号和回波时间计算距离。这里要强调时间测量的重要性，以及输入捕获功能如何精确捕捉高电平持续时间。可能需要提到声速的计算以及温度补偿的可能性，但用户的问题中没有提到，所以暂时放在相关问题里。 接下来是系统协同工作部分，用户可能想知道这两个模块如何配合，比如当超声波检测到障碍物时舵机如何响应。需要说明主循环中的逻辑，触发测距并根据结果调整舵机角度。这里可以提到中断处理的重要性，确保实时性。 在关键参数部分，用户可能对具体的数值有疑问，比如为什么舵机需要20ms周期，或者为什么计算公式中的声速是340m/s。需要明确这些参数的选择依据，可能引用物理常识或模块手册。 最后，确保引用之前的参考资料，比如引用[^1]提到的硬件组成，同时补充用户可能需要的扩展信息，比如误差来源或优化方法。相关问题部分需要覆盖用户可能进一步的问题，比如提高精度、温度影响、多模块干扰等，引导他们深入探索。 检查是否有遗漏的部分，比如是否需要提到STM32的定时器配置细节，或者代码中的中断处理流程。但用户主要需要原理说明，所以保持在高层次，避免过于深入代码细节。确保语言简洁，逻辑清晰，分点说明，便于用户理解。</think>### STM32控制SG90舵机与HC-SR04超声波测距模块的工作原理及说明 --- #### **一、SG90舵机控制原理** 1. **PWM控制基础** SG90舵机通过PWM（脉宽调制）信号控制角度，其输入信号需满足以下特性： - **周期**：固定$20ms$（对应频率$50Hz$） - **脉宽范围**：$0.5ms$至$2.5ms$，对应角度$0^\circ$至$180^\circ$ 公式表达： $$ \text{脉宽} = 500\mu s + (\text{角度} \times 11.11\mu s/^\circ) $$ 2. **STM32实现方法** - 使用**定时器TIM2**的PWM输出模式（如TIM2_CH1通道） - **配置参数**： - 系统时钟$72MHz$，分频后定时器频率为$1MHz$（分频值$71$） - 自动重载值$19999$，生成$20ms$周期 - 通过调整`TIM_SetCompare1()`函数设置脉宽，例如： - $1.5ms$脉宽对应$90^\circ$，代码值为$1500$[^1] --- #### **二、HC-SR04超声波测距原理** 1. **工作流程** - **触发信号**（Trig引脚）：STM32发送$10\mu s$高电平脉冲启动测距 - **回波信号**（Echo引脚）：模块返回高电平脉冲，其宽度与距离成正比 - **距离计算**： $$ \text{距离}(cm) = \frac{\text{高电平时间}(\mu s) \times 0.034}{2} $$ 其中，$0.034cm/\mu s$为声速（$340m/s$），除以2表示超声波往返距离[^3] 2. **STM32实现方法** - **输入捕获模式**：使用定时器TIM4的输入捕获功能（如TIM4_CH1通道） - **关键配置**： - 定时器频率$1MHz$（分频值$71$） - 捕获上升沿和下降沿时间戳，计算时间差 - **中断处理**：通过`TIM4_IRQHandler`记录Echo引脚高电平持续时间 --- #### **三、系统协同工作原理** 1. **硬件交互逻辑** - **舵机控制**：根据超声波测量的距离动态调整角度 ```c if (distance < 20) Set_Servo_Angle(90); // 障碍物接近时转向90° else Set_Servo_Angle(0); // 安全距离时复位 ``` - **实时性保障**：通过中断非阻塞测量，避免主循环延迟 2. **关键参数与误差处理** - **舵机误差**：PWM脉宽分辨率约$1\mu s$，对应角度误差$\pm0.09^\circ$ - **超声波误差**： - 温度影响声速（可添加温度补偿：$v=331.4+0.6T$，$T$为摄氏度） - 多路径反射干扰（通过软件滤波或多次测量取平均） --- #### **四、典型应用场景** 1. **避障机器人**：根据距离控制舵机转向 2. **自动门控制**：检测人体距离后触发开门动作 3. **工业检测**：测量物体位置并控制机械臂角度 --- ### 相关问题 1. **如何通过温度传感器补偿HC-SR04的测量误差？** 2. **PWM信号脉宽超出$0.5ms-2.5ms$范围会对SG90舵机造成什么影响？** 3. **为什么Echo引脚的高电平时间需要除以2？** 4. **如何实现多个超声波模块的同步测量？** --- [^1]: STM32F103C8T6通过定时器PWM和输入捕获实现舵机与超声波控制 [^3]: HC-SR04超声波测距模块技术手册中的声速计算公式