基于Basys3的数字测距仪：采用传感器和FPGA逻辑，提供快速，准确，实时的距离测量

你有没有想过，停车传感器、障碍物探测机器人，甚至是自动水龙头等日常设备是如何如此准确地测量距离的?我想探索同样的想法，但使用FPGA来实现，其中一切都发生在硬件逻辑层面，而不是依赖于微控制器。这个项目就是这样开始的。

我使用Basys 3 FPGA开发板和流行的HC-SR04超声波传感器构建了一个距离测量系统。目标很简单：触发超声波传感器，使用FPGA逻辑测量回波时间，并将其实时转换为可读距离。

但在FPGA上实现这一点带来了有趣的挑战。与Arduino不同的是，它没有内置延迟函数或定时器——我们自己设计定时器硬件。我实现了:

•脉冲发生器发送10 μs的触发信号

•使用Basys 3的100兆赫时钟的回声计时计数器

•一个有限状态机(FSM)来控制工作流

•把时钟周期换算成厘米的距离计算器

•7段显示驱动器实时显示测量距离

结果呢?一个完全硬件级的距离测量系统，以令人印象深刻的速度和精度输出物体的距离。最令人满意的时刻是看着7段显示随着物体的移动而瞬间更新。

这个项目让我明白：

•超声波传感器是如何在信号层面工作的，

•如何在Verilog/VHDL中设计时序电路;

•FSMs如何有效地控制硬件操作，

•以及fpga与微控制器相比提供了多少控制和精度。

在未来的版本中，我计划添加：

•过滤去噪;

•VGA图形距离显示，

•以及一个UART接口，将结果流式传输到PC机。

代码

本文编译自hackster.io