一、项目概述

本项目基于 NXP FRDM-MCXA153 开发板（Cortex-M33 @ 96 MHz），以 HC-SR04 兼容超声波模块 作为距离传感器，通过 SSD1306 OLED 显示屏 实时显示测距结果，最终实现一台结构完整、运行稳定的简易超声波测距仪。

实现的功能

超声波测距：4 cm ~ 400 cm 范围，厘米级显示精度

OLED 实时刷新：距离数值

串口同步回显：MCU-Link 虚拟串口 115200 波特率输出原始数据

二、系统总体框图

┌─────────────────┐      Trig (GPIO)       ┌──────────────┐
│                 │ ──────────────────────> │              │
│                 │                         │   HC-SR04    │
│                 │ <────────────────────── │  超声波模块   │
│   FRDM-MCXA153  │      Echo (CTIMER IN7)  │              │
│                 │                         └──────────────┘
│   (主控 MCU)     │
│                 │      SDA / SCL (I2C)    ┌──────────────┐
│                 │ ──────────────────────> │              │
│                 │                         │  SSD1309 OLED │
│                 │ <───────────────────── │  128×64 I2C  │
│                 │                         │   显示屏      │
│                 │                         └──────────────┘
│                 │
│                 │      USB Type-C         ┌──────────────┐
│                 │ <──────────────────────> │   电脑 / 串口  │
│                 │   (MCU-Link 虚拟串口)    │   调试终端    │
└─────────────────┘                         └──────────────┘

整个系统的信号链路非常清晰：MCU 触发超声波模块 → 定时器捕获回响脉宽 → 换算成距离值 → 分别送到 OLED 屏和串口输出

三、硬件设计与接线

3.1 物料清单

3.2 接线表

四、软件设计

4.1 软件架构分层

┌─────────────────────────────────┐
│        应用层（主循环）          │
│   测距状态机 + 显示刷新 + LED   │
├─────────────────────────────────┤
│        驱动层                    │
│  ┌─────────┐ ┌────────┐ ┌────┐│
│  │ultra_sr04│ │oled_ss1309│ │led││
│  └─────────┘ └────────┘ └────┘│
├─────────────────────────────────┤
│        MCUXpresso SDK BSP        │
│  GPIO / CTIMER / LPI2C / LPUART│
└─────────────────────────────────┘

4.2 超声波驱动（CTIMER 输入捕获）

这部分在过程帖里已经详细讲过了，核心思路就是：

• GPIO 给 10 μs 高脉冲触发测距

• Echo 上升沿 → CTIMER 记录时间戳 t1

• Echo 下降沿 → CTIMER 记录时间戳 t2

• 脉宽 = t2 - t1，距离 = 脉宽(μs) × 0.017 cm

4.3 SSD1306 OLED 驱动（LPI2C 轮询模式）

I2C 通信协议要点：

• 器件地址：0x3C（7 位地址，R/W 位由硬件自动处理）

• 控制字节：第 6 位（Co）= 0 表示后续全是数据，= 1 表示后面跟命令

• 发命令：控制字节 = 0x00

• 发显存数据：控制字节 = 0x40

• 总线速率：400 kHz Fast Mode

OLED 驱动核心函数：

/**
  * 函    数：OLED写命令
  * 参    数：Command 要写入的命令值，范围：0x00~0xFF
  * 返 回 值：无
  */
void OLED_WriteCommand(uint8_t Command)
{
    uint8_t transferData[2] = {0x00U, Command};
    lpi2c_master_transfer_t transfer = {0};

    transfer.slaveAddress = 0x3CU;
    transfer.direction = kLPI2C_Write;
    transfer.data = transferData;
    transfer.dataSize = sizeof(transferData);
    (void)LPI2C_MasterTransferBlocking(LPI2C0_PERIPHERAL, &transfer);
}

/**
  * 函    数：OLED写数据
  * 参    数：Data 要写入数据的起始地址
  * 参    数：Count 要写入数据的数量
  * 返 回 值：无
  */
void OLED_WriteData(uint8_t *Data, uint8_t Count)
{
    uint8_t transferData[129];
    lpi2c_master_transfer_t transfer = {0};

    transferData[0] = 0x40U;
    memcpy(&transferData[1], Data, Count);
    transfer.slaveAddress = 0x3CU;
    transfer.direction = kLPI2C_Write;
    transfer.data = transferData;
    transfer.dataSize = (size_t)Count + 1U;
    (void)LPI2C_MasterTransferBlocking(LPI2C0_PERIPHERAL, &transfer);
}

字模用的是 8×16  ASCII 字库，直接从数组里查表取模，往显存里塞就行。

4.4 主循环逻辑

while (1)
    {
        HCSR04_TriggerMeasurement();

        /* Keep a 200 ms trigger period; CTIMER interrupts handle capture/timeout. */
        SDK_DelayAtLeastUs(HCSR04_MEASURE_INTERVAL_US, SystemCoreClock);

        /* Fail safe if the expected 30 ms match interrupt did not arrive. */
        if ((s_hcsr04State == kHcsr04WaitingForRise) ||
            (s_hcsr04State == kHcsr04WaitingForFall))
        {
            CTIMER_StopTimer(HCSR04_CAPTURE_TIMER);
            s_hcsr04State = kHcsr04TimedOut;
        }

        if (s_hcsr04State == kHcsr04Complete)
        {
            /* distance in tenths of a centimeter: ticks * 343 / 192,000 */
            uint32_t distanceTenthsCm = (s_pulseWidthTicks * 343U) / 192000U;
            PRINTF("Echo pulse: %u ticks, distance: %u.%u cm\r\n",
                   (unsigned int)s_pulseWidthTicks,
                   (unsigned int)(distanceTenthsCm / 10U),
                   (unsigned int)(distanceTenthsCm % 10U));
            OLED_ClearArea(0, 32, 128, 16);
            OLED_Printf(0, 32, OLED_8X16, "%u.%u cm",
                        (unsigned int)(distanceTenthsCm / 10U),
                        (unsigned int)(distanceTenthsCm % 10U));
        }
        else
        {
            PRINTF("HCSR04 timeout (>30 ms)\r\n");
            OLED_ClearArea(0, 32, 128, 16);
            OLED_ShowString(0, 32, "No echo", OLED_8X16);
        }

        OLED_UpdateArea(0, 32, 128, 16);

    }

五 运行效果

▲ 近距离（约 4 cm）

▲ 中距离（约 40 cm）