你有沒有想過，停車傳感器、障礙物探測機(jī)器人，甚至是自動水龍頭等日常設(shè)備是如何如此準(zhǔn)確地測量距離的?我想探索同樣的想法，但使用FPGA來實(shí)現(xiàn)，其中一切都發(fā)生在硬件邏輯層面，而不是依賴于微控制器。這個項(xiàng)目就是這樣開始的。

我使用Basys 3 FPGA開發(fā)板和流行的HC-SR04超聲波傳感器構(gòu)建了一個距離測量系統(tǒng)。目標(biāo)很簡單：觸發(fā)超聲波傳感器，使用FPGA邏輯測量回波時間，并將其實(shí)時轉(zhuǎn)換為可讀距離。

但在FPGA上實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)帶來了有趣的挑戰(zhàn)。與Arduino不同的是，它沒有內(nèi)置延遲函數(shù)或定時器——我們自己設(shè)計定時器硬件。我實(shí)現(xiàn)了:

?脈沖發(fā)生器發(fā)送10 μs的觸發(fā)信號

?使用Basys 3的100兆赫時鐘的回聲計時計數(shù)器

?一個有限狀態(tài)機(jī)(FSM)來控制工作流

?把時鐘周期換算成厘米的距離計算器

?7段顯示驅(qū)動器實(shí)時顯示測量距離

結(jié)果呢?一個完全硬件級的距離測量系統(tǒng)，以令人印象深刻的速度和精度輸出物體的距離。最令人滿意的時刻是看著7段顯示隨著物體的移動而瞬間更新。

這個項(xiàng)目讓我明白：

?超聲波傳感器是如何在信號層面工作的，

?如何在Verilog/VHDL中設(shè)計時序電路;

?FSMs如何有效地控制硬件操作，

?以及fpga與微控制器相比提供了多少控制和精度。

在未來的版本中，我計劃添加：

?過濾去噪;

?VGA圖形距離顯示，

?以及一個UART接口，將結(jié)果流式傳輸?shù)絇C機(jī)。

代碼

本文編譯自hackster.io