fpga的超声波测距系统设计(附件)【字数：11429】
随着人们生活水平的提高以及科技水平的飞速发展，对于距离测量的要求越来越高，方法也越来越多样化。例如汽车倒车雷达、工人矿井工作等场合，如何更加精确快速的进行测距是目前需要研究的课题。因此，通过比较市面上各种测距系统，本课题提出了一种准确、测量周期短、测量距离远、安全、性价比较高的超声波测距系统。本课题是以FPGA为主控芯片，可实现与指定物体间的实时距离测量。根据超声波指向性强，能量耗损的程度低、并且在介质中传播距离远的特点，可以利用超声波发生器对指定方向的物体进行测量，经过主控芯片FPGA中控制模块对超声波测距仪的发射和接收到的超声波信号的时间进行分析和计算处理，将最后计算结果通过LED显示模块在数码管上进行显示。本系统可设置最大最小测量距离，当指定物体超出测量范围时，发出报警信号。经实验证明，该系统的软硬件设计合理、对外界环境的抗干扰能力强、实时操作性良好。若在后期对其应用领域扩展后，可以应用在汽车的倒车检测、建筑施工工地等一些工业现场的重要安全位置监控。关键词超声波；测距；FPGA
目录
第一章 绪论........................................................ 1
1.1 研究的背景和意义.................................................. 1
1.2 国内外的研究现状.................................................. 2
1.3 研究的内容和方法.................................................. 2
第二章 系统方案设计.............................................. 4
2.1 硬件设计思路...................................................... 4
2.2 方案比较与选择.................................................... 5
2.3 测距仪器选择...................... *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
................................ 6
2.4 超声波测距原理.................................................... 7
第三章 系统开发测试.............................................. 9
3.1开发环境.......................................................... 9
3.2 编程语言.......................................................... 9
3.3 超声波测距性能综合分析........................................... 10
第四章 系统硬件电路设计........................................ 11
4.1 FPGA的内部结构................................................... 11
4.2 FPGA的工作原理...................................................12
4.3 FPGA配置与下载...................................................14
4.4 硬件电路设计..................................................... 16
第五章 系统软件方案设计流程................................... 21
5.1 系统软件的设计整体结构框架....................................... 21
5.2 可编程FPGA的开发................................................ 22
5.3 顶层及各模块模块图............................................... 22
5.4 实物调试图....................................................... 25
第六章 总结与展望................................................. 28
致 谢.............................................................. 29
参考文献............................................................ 30
第一章 绪论
1.1 研究的背景和意义
超声波测距是一种非接触式的测量技术，由于其良好的性能，低廉的价格，易用性，指向性强，能源消耗的速度很慢，传输距离等优势，因此，在使用传感器技术和控制技术范围的情况下，超声波测距是最常见的一种。在汽车防撞，防盗报警，自动导航，工业测量和机器人等相关领域都有广泛应用。超声波测距在实践中，也有其局限性，尤其是在特殊的工作环境应该如何提高精确度需要进一步的研究，这对超声检测技术的意义重大。
传感器技术是现代信息科学的主要内容。计算机科学与技术，相当于人的大脑，通信工程相当于传感神经，而传感器技术相当于人的感官。例如，红外线传感器，超声波传感器、湿度传感器等，其具有测量应用广泛，使用群体普遍的特性。 FPGA控制超声波检测往往比较迅速，方便，简单，易于做到实时控制，精度高。
超声波测距系统主要适用于在汽车的倒车雷达、步行机器人避障、建筑工地和工业领域，如：液面测量、深度、长度等等。研究超声波测距系统的原理、研究和设计对自己的学习有重要意义，可以进一步提高自己的电子电路设计，深入了解FPGA可编程器件的应用水平。
作为高密度FPGA可编程器件，拥有更快的运行和功能，可以在运行中，对高性能超声波测距仪传感器的开发提供了新的解决方案。
基于FPGA的超声波测距系统的核心是接收发送部分，通过分析传统的单片机内部指令运行时存在较大的延迟错误而导致了其精度无法满足这样的缺陷，设计了一种基于超声波的FPGA高精度测量测距硬件系统，并使用FPGA超高速运行的全局时钟信号相结合的思想设计进行了分频处理，利用频率精确控制的超声波驱动信号来实现，并且频率计数的方式记录了超声波时差，实现了精确的测量方式，提高了测量的精度。
目录
第一章 绪论........................................................ 1
1.1 研究的背景和意义.................................................. 1
1.2 国内外的研究现状.................................................. 2
1.3 研究的内容和方法.................................................. 2
第二章 系统方案设计.............................................. 4
2.1 硬件设计思路...................................................... 4
2.2 方案比较与选择.................................................... 5
2.3 测距仪器选择...................... *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
................................ 6
2.4 超声波测距原理.................................................... 7
第三章 系统开发测试.............................................. 9
3.1开发环境.......................................................... 9
3.2 编程语言.......................................................... 9
3.3 超声波测距性能综合分析........................................... 10
第四章 系统硬件电路设计........................................ 11
4.1 FPGA的内部结构................................................... 11
4.2 FPGA的工作原理...................................................12
4.3 FPGA配置与下载...................................................14
4.4 硬件电路设计..................................................... 16
第五章 系统软件方案设计流程................................... 21
5.1 系统软件的设计整体结构框架....................................... 21
5.2 可编程FPGA的开发................................................ 22
5.3 顶层及各模块模块图............................................... 22
5.4 实物调试图....................................................... 25
第六章 总结与展望................................................. 28
致 谢.............................................................. 29
参考文献............................................................ 30
第一章 绪论
1.1 研究的背景和意义
超声波测距是一种非接触式的测量技术，由于其良好的性能，低廉的价格，易用性，指向性强，能源消耗的速度很慢，传输距离等优势，因此，在使用传感器技术和控制技术范围的情况下，超声波测距是最常见的一种。在汽车防撞，防盗报警，自动导航，工业测量和机器人等相关领域都有广泛应用。超声波测距在实践中，也有其局限性，尤其是在特殊的工作环境应该如何提高精确度需要进一步的研究，这对超声检测技术的意义重大。
传感器技术是现代信息科学的主要内容。计算机科学与技术，相当于人的大脑，通信工程相当于传感神经，而传感器技术相当于人的感官。例如，红外线传感器，超声波传感器、湿度传感器等，其具有测量应用广泛，使用群体普遍的特性。 FPGA控制超声波检测往往比较迅速，方便，简单，易于做到实时控制，精度高。
超声波测距系统主要适用于在汽车的倒车雷达、步行机器人避障、建筑工地和工业领域，如：液面测量、深度、长度等等。研究超声波测距系统的原理、研究和设计对自己的学习有重要意义，可以进一步提高自己的电子电路设计，深入了解FPGA可编程器件的应用水平。
作为高密度FPGA可编程器件，拥有更快的运行和功能，可以在运行中，对高性能超声波测距仪传感器的开发提供了新的解决方案。
基于FPGA的超声波测距系统的核心是接收发送部分，通过分析传统的单片机内部指令运行时存在较大的延迟错误而导致了其精度无法满足这样的缺陷，设计了一种基于超声波的FPGA高精度测量测距硬件系统，并使用FPGA超高速运行的全局时钟信号相结合的思想设计进行了分频处理，利用频率精确控制的超声波驱动信号来实现，并且频率计数的方式记录了超声波时差，实现了精确的测量方式，提高了测量的精度。
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