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超声波测距原理
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超声波测距原理
参考资料STM32的超声波测距程序_超声波测距stm32程序_VaderZhang的博客-CSDN博客
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超声波模块工作原理 输出TRIG触发测距需要给最少10us的高电平信呈 模块自动发送8个40KHZ的方波自动检测是否有信号返回 有信号返回通过IO口ECHO输出高电平高电平持续时间就是超声波从发射到返回的时间 测试距离高电平持续时间*声速/2
需求分析与功能定义
每隔100ms时间定时产生10us时间的TRIG高脉冲给到超声波测距模块用于触发超声波测距模块工作采集回响信号ECHO的高脉冲保持时间将ECHO高脉冲保持时间换算成距离信息s 0.173*t人机交互
代码思路详细教学可以看最上面的链接
代码组成 vlg_en 输出clk_en信号对输入时钟clk做分频计数产生1us的时钟使能信号计数单位为us module vlg_en #(parameter P_CLK_PERIORD 20 //clk的时钟周期为20ms
)
( input clk,input rst_n,output reg clk_en
);localparam P_DIVCLK_MAX 1000/P_CLK_PERIORD - 1; //分频计数器的最大值
reg [7:0] r_divcnt;///
//对输入时钟clk做分频计数产生1us的时钟使能信号
always (posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)r_divcnt 8b0;else if(r_divcnt P_DIVCLK_MAX)r_divcnt r_divcnt 1b1;elser_divcnt 8b0;
end///
//产生时钟使能信号
always (posedge clk) beginif(r_divcnt P_DIVCLK_MAX)clk_en 1b1;elseclk_en 1b0;
endendmodulevlg_tirg 每隔100ms时间定时产生10us时间的TRIG高脉冲给到超声波测距模块用于触发超声波测距模块工作
module vlg_tirg
( input clk,input rst_n,input clk_en,output reg trig
);localparam P_TRIG_PERIORD_MAX 100_000 - 1; //100ms计数最大值
localparam P_TRIG_HIGH_MAX 10; //10us高脉冲保持时间reg [16:0] tricnt;///
//100ms周期计数
always (posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)tricnt b0;else if(clk_en)beginif(tricnt P_TRIG_PERIORD_MAX)tricnt tricnt 1b1;elsetricnt b0;end
end///
//产生保持10us的trig信号
always (posedge clk) beginif((tricnt b0)(tricnt P_TRIG_HIGH_MAX))trig 1b1;elsetrig 1b0;
endendmodule上面两个信号的波形展示 vlg_echo : 采集回响信号ECHO的高脉冲保持时间。echo信号的高电平保持时间即为超声波往返的时间
module vlg_echo
( input clk,input rst_n,input clk_en,input echo,output reg [15:0] t_us
);reg [1:0] r_echo;
wire pos_echo,neg_echo;
reg cnt_en;
reg [15:0] echo_cnt;///
//对echo信号锁存两拍获取边沿检测信号产生计数使能信号cnt_en
always (posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)r_echo b0;elser_echo {r_echo[0],echo}; //高位锁存低位移位
endassign pos_echo ~r_echo[1] r_echo[0];
assign neg_echo r_echo[1] ~r_echo[0];always (posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)cnt_en b0;else if(pos_echo)cnt_en 1b1;else if(neg_echo)cnt_en 1b0;else ;
end///
//对echo信号的高电平保持时间进行1us为单位的计数
always (posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)echo_cnt b0;else if(!cnt_en)echo_cnt b0;else if(clk_en)echo_cnt echo_cnt 1b1;else ;
end ///
//对echo_cnt计数最大值做锁存
always (posedge clk or negedge rst_n) beginif(!rst_n)t_us b0;else if(neg_echo)t_us echo_cnt;
endendmodulecal 将时间计算为距离。测试距离高电平持续时间 * 声速/2。 s 0.173*t
module cal
( input clk,input rst_n,input [15:0] t_us,output [14:0] s_mm
);/* s0.173*ts*40960.173*t*4096709*t 避免小数部分s709*t/4096709*t12709实现方法: 1)乘法器2)7095121286441本代码使用乘法器来实现。直接调用乘法器IP核
*/
wire [25:0] mult_result;mult_gen_0 u_mult_gen_0 (.CLK(clk), // input wire CLK.A(10d709), // input wire [9 : 0] A.B(t_us), // input wire [15 : 0] B.P(mult_result) // output wire [25 : 0] P
);assign s_mm mult_result[25:12];endmodule顶层文件 vlg_top
module vlg_top(input clk,input rst_n,output trig
);localparam P_CLK_PERIORD 20;//接口声明
reg clk;
reg rst_n;
reg echo;wire clk_en;
wire trig;
wire [15:0] t_us;
wire [14:0] s_mm;//使能时钟产生模块
vlg_en #(.P_CLK_PERIORD (P_CLK_PERIORD) //clk的时钟周期为20ns
)
u_vlg_en( .clk (clk),.rst_n (rst_n),.clk_en (clk_en)
);//产生触发信号trig
vlg_tirg u_vlg_tirg(.clk (clk),.rst_n (rst_n),.clk_en (clk_en),.trig (trig)
);//测距模块的回响信号echo的高电平采集时间
vlg_echo u_vlg_echo(.clk (clk),.rst_n (rst_n),.clk_en (clk_en),.echo (echo),.t_us (t_us)
);//乘法器计算距离
cal u_cal(.clk (clk),.rst_n (rst_n),.t_us (t_us),.s_mm (s_mm)
);endmodule调用乘法器IP核
点击IP核输入MUL进行下面的操作 TB文件
timescale 1ns/1psmodule tb_top();reg clk;
reg rst_n;
reg echo;wire [14:0] s_mm;vlg_top u_vlg_top(.clk (clk),.rst_n (rst_n),.trig (trig)
);//产生时钟
initial clk 1;
always #10 clk ~clk;//测试激励产生
initial beginrst_n 0;echo 0;#200;rst_n 1;end//函数实现 s0.173*t
function real function_t2s;input real t;beginfunction_t2s 0.173*t;end
endfunctioninteger tricnt 0;
integer dly_time;always (posedge trig)begintricnt tricnt 1;#5000;echo 1;dly_time 11{$random}%26011; //11t26011#500;$display(test %0d:\n dly_time%0d us\n s%0d mm\n,tricnt,dly_time,s_mm,function_t2s(dly_time));#(dly_time*1000);echo 0;
endendmodule仿真结果
仿真波形 结果
