FPGA实现的超声波测距与倒车雷达设计

本篇基于FPGA的超声波测距设计详细介绍了东北大学计算机科学与工程学院电子信息工程1401班学生张鹏辉在可编程逻辑器件及EDA技术课程中进行的一项实践项目。课程目标是利用FPGA作为硬件平台，结合VHDL硬件描述语言，设计一个能够实时测量并显示障碍物距离的电路，同时具备扩展功能，如模拟倒车雷达的蜂鸣器报警系统。 在需求分析阶段，设计者明确任务是将理论知识应用于实际项目，通过超声波测距电路的设计，实现距离的精确测量和显示，要求精确到厘米级别，并且能够在数码管上实时更新。选择FPGA而非单片机，旨在深入理解FPGA的功能及其模块化设计，挑战自我的技术能力。 功能描述部分，核心是设计一个能实时显示障碍物距离的电路，支持米、分米和厘米单位，其中数码管的精度达到2厘米。此外，通过集成蜂鸣器，电路能够模拟倒车雷达的工作原理，即随着距离的减小，蜂鸣器发出的频率逐渐增高，提供直观的反馈。 在可行性分析中，设计者对器件的选取、功能实现以及数据处理进行了详尽评估。首先，确认了选用的FPGA设备和技术工具（如Quartus II）能满足设计要求；其次，分析了在FPGA上实现超声波测距和蜂鸣器控制功能的技术可行性；最后，确保了数据处理的正确性和实时性。 模块化建构是关键环节，包括分频模块(freq)用于处理信号，触发模块(launch)启动测距过程，接收模块(receive)捕获回波信号，扫描模块(scan)处理信号周期，显示模块(display)负责数据显示，计算模块(measure)进行距离计算，以及功能开关(switch)用于控制不同功能的切换。 编程下载部分，学生不仅完成了硬件设计，还涉及了VHDL代码编写、电路仿真和实际下载到FPGA的过程，这是一个完整的系统集成和验证步骤。 课程设计的最后阶段，作者分享了自己的感悟，可能包括对硬件工程实践的理解加深，团队协作的经验，以及对FPGA性能和潜力的认识。 整个设计项目既锻炼了学生的实践技能，也提升了他们对FPGA硬件描述语言和系统设计的理解，为今后的科研和工作打下了坚实的基础。