一. 简介
本例为FPGA之旅设计99例中的第十五例,本例将介绍如何使用超声波模块,进行测距。这个模块在智能小车中使用的比较多,使用起来比较方便,仅需四个引脚即可驱动。
二. 超声波测距方法
先来了解一下模块的四个引脚
VCC:接3.3V - 5V 供电
GND:接地
Trig:控制超声波进行测距引脚,默认为高电平,当其拉高后,模块启动超声波测距。
Echo:用于表示超声波发送到接收到的时间,默认为低电平,高电平表示超声波在空气中传播的时间。
从图中,可以很清
楚地看到模块的工作原理。
首先,FPGA先将Trig引脚拉高10us,通知模块启动超声波测距。然后模块内部发出8个40khz的脉冲,即发送超声波,这个FPGA是不需要管的。发送完成之后,Echo就拉高,直到接收到返回到的超声波,拉高时间表示离物体的距离。通过下面格式可以转换到CM。
D =(拉高时间 * 声速(340M/S)) /2
除以二是以为从发送到接收,一个来回。
三. 代码实现
通过上面的工作原理图可以看出,状态机一共可以分为以下几个状态
空闲态 : 没有测距请求时,所处的状态
trig态 : 当测距请求到来时,所处的状态,这个状态中,会将trig信号拉高
echo态: 当trig态结束的时候,转入echo态,这个状态中,将会检测echo信号高电平的持续时间
结束态 :echo信号变为低电平的时候,进入结束态,并且根据echo高电平的持续时间,计算距离
localparam S_IDLE = 'd0;localparamS_SEND_Trig='d1;localparam S_WATI_Echo = 'd2;localparamS_END='d3;
主要代码是状态的转移以及trig态的计数和echo高电平计数,代码如下。
always@(posedge sys_clk or negedge rst_n)begin if( rst_n == 1'b0) trig_cnt <= 'd0; else if (state == S_SEND_Trig) trig_cnt <= trig_cnt + 1'b1; else trig_cnt <= 'd0;end always@(posedge sys_clk or negedge rst_n)begin if( rst_n == 1'b0) echo_cnt <= 'd0; else if(state == S_WATI_Echo && echo == 1'b1) echo_cnt <= echo_cnt + 1'b1; else if(state == S_END) echo_cnt <= echo_cnt; else echo_cnt <= 'd0;end
这基本上完成了全部驱动代码的编写,模块比较简单,下面通过signal tap抓取一下波形图
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原文标题:FPGA实现超声波测距
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