一. 簡介

本例為FPGA之旅設(shè)計(jì)99例中的第十五例，本例將介紹如何使用超聲波模塊，進(jìn)行測距。這個(gè)模塊在智能小車中使用的比較多，使用起來比較方便，僅需四個(gè)引腳即可驅(qū)動(dòng)。

二. 超聲波測距方法

先來了解一下模塊的四個(gè)引腳

VCC：接3.3V - 5V 供電

GND：接地

Trig：控制超聲波進(jìn)行測距引腳，默認(rèn)為高電平，當(dāng)其拉高后，模塊啟動(dòng)超聲波測距。

Echo：用于表示超聲波發(fā)送到接收到的時(shí)間，默認(rèn)為低電平，高電平表示超聲波在空氣中傳播的時(shí)間。

從圖中，可以很清

楚地看到模塊的工作原理。

首先，F(xiàn)PGA先將Trig引腳拉高10us，通知模塊啟動(dòng)超聲波測距。然后模塊內(nèi)部發(fā)出8個(gè)40khz的脈沖，即發(fā)送超聲波，這個(gè)FPGA是不需要管的。發(fā)送完成之后，Echo就拉高，直到接收到返回到的超聲波，拉高時(shí)間表示離物體的距離。通過下面格式可以轉(zhuǎn)換到CM。

D =(拉高時(shí)間 * 聲速(340M/S)) /2

除以二是以為從發(fā)送到接收，一個(gè)來回。

三. 代碼實(shí)現(xiàn)

通過上面的工作原理圖可以看出，狀態(tài)機(jī)一共可以分為以下幾個(gè)狀態(tài)

空閑態(tài) : 沒有測距請求時(shí)，所處的狀態(tài)

trig態(tài) : 當(dāng)測距請求到來時(shí)，所處的狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)中，會將trig信號拉高

echo態(tài): 當(dāng)trig態(tài)結(jié)束的時(shí)候，轉(zhuǎn)入echo態(tài)，這個(gè)狀態(tài)中，將會檢測echo信號高電平的持續(xù)時(shí)間

結(jié)束態(tài) ：echo信號變?yōu)榈碗娖降臅r(shí)候，進(jìn)入結(jié)束態(tài)，并且根據(jù)echo高電平的持續(xù)時(shí)間，計(jì)算距離

localparam  S_IDLE      = 'd0;localparamS_SEND_Trig='d1;localparam  S_WATI_Echo   = 'd2;localparamS_END='d3;

主要代碼是狀態(tài)的轉(zhuǎn)移以及trig態(tài)的計(jì)數(shù)和echo高電平計(jì)數(shù),代碼如下。

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

這基本上完成了全部驅(qū)動(dòng)代碼的編寫，模塊比較簡單，下面通過signal tap抓取一下波形圖