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。模块细节如下图，来源于淘宝。

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，可以很清楚的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;
localparam  S_SEND_Trig   = 'd1;
localparam  S_WATI_Echo   = 'd2;
localparam  S_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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公众号：FPGA之旅