一. 簡介

本例為FPGA之旅設計99例中的第十五例，本例將介紹如何使用超聲波模塊，進行測距。這個模塊在智能小車中使用的比較多，使用起來比較方便，僅需四個引腳即可驅動。

二. 超聲波測距方法

先來了解一下模塊的四個引腳

VCC：接3.3V - 5V 供電

GND：接地

Trig：控制超聲波進行測距引腳，默認為高電平，當其拉高后，模塊啟動超聲波測距。

Echo：用于表示超聲波發送到接收到的時間，默認為低電平，高電平表示超聲波在空氣中傳播的時間。

從圖中，可以很清

楚地看到模塊的工作原理。

首先，FPGA先將Trig引腳拉高10us，通知模塊啟動超聲波測距。然后模塊內部發出8個40khz的脈沖，即發送超聲波，這個FPGA是不需要管的。發送完成之后，Echo就拉高，直到接收到返回到的超聲波，拉高時間表示離物體的距離。通過下面格式可以轉換到CM。

D =(拉高時間 * 聲速(340M/S)) /2

除以二是以為從發送到接收，一個來回。

三. 代碼實現

通過上面的工作原理圖可以看出，狀態機一共可以分為以下幾個狀態

空閑態 : 沒有測距請求時，所處的狀態

trig態 : 當測距請求到來時，所處的狀態，這個狀態中，會將trig信號拉高

echo態: 當trig態結束的時候，轉入echo態，這個狀態中，將會檢測echo信號高電平的持續時間

結束態 ：echo信號變為低電平的時候，進入結束態，并且根據echo高電平的持續時間，計算距離

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

主要代碼是狀態的轉移以及trig態的計數和echo高電平計數,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動代碼的編寫，模塊比較簡單，下面通過signal tap抓取一下波形圖