基于FPGA的多频超声测距系统设计PPT

引言超声测距是一种常用的非接触式距离测量技术，具有测量范围大、精度高、抗干扰能力强等优点。传统的超声测距系统通常采用单片机作为主控制器，通过模拟电路实现超...

引言超声测距是一种常用的非接触式距离测量技术，具有测量范围大、精度高、抗干扰能力强等优点。传统的超声测距系统通常采用单片机作为主控制器，通过模拟电路实现超声信号的发射和接收。然而，随着嵌入式技术的发展，FPGA（现场可编程门阵列）逐渐成为一种更加高效和灵活的控制芯片，可以更好地满足复杂测距系统的需求。系统总体设计基于FPGA的多频超声测距系统主要由FPGA控制器、超声发射电路、超声接收电路、信号处理电路和显示模块等部分组成。系统通过FPGA控制器产生多频超声信号，经过发射电路驱动超声换能器发射超声波，遇到障碍物后反射回来被接收电路接收，经过信号处理后计算出距离，最终在显示模块上显示。FPGA控制器设计FPGA控制器是整个系统的核心，负责产生多频超声信号、控制信号流程和数据处理等任务。在本设计中，采用Xilinx公司的Virtex-5系列FPGA芯片，具有丰富的逻辑单元和I/O接口，能够满足多频超声测距系统的需求。控制器通过VHDL或Verilog语言编写，实现以下功能：产生多频超声信号通过FPGA控制器产生不同频率的PWM信号，驱动超声发射电路产生超声波控制信号流程控制信号在各模块之间的传输，确保系统正常运行数据处理对接收到的回波信号进行滤波、放大、解调等处理，提取距离信息显示将计算出的距离值实时显示在LCD屏幕上超声发射和接收电路设计超声发射电路负责将FPGA控制器产生的PWM信号转换为超声波信号，通过驱动超声换能器实现距离测量。在本设计中，采用Hittite公司的HMC903LC4芯片作为驱动器，具有较高的驱动能力和稳定性。超声接收电路负责接收反射回来的超声波信号，并将其转换为电信号。在本设计中，采用Sony公司的CX20106A芯片作为接收器，具有较高的灵敏度和抗干扰能力。信号处理电路设计信号处理电路负责对接收到的回波信号进行滤波、放大和解调等处理，提取距离信息。在本设计中，采用德州仪器的LMH6553芯片作为运放器，实现回波信号的放大和滤波功能；采用德州仪器的TLC5620芯片作为解调器，实现回波信号的解调功能。显示模块设计显示模块负责将计算出的距离值实时显示在LCD屏幕上。在本设计中，采用NXP公司的PCF8574芯片作为LCD驱动器，通过I2C接口与FPGA控制器通信，实现距离值的显示。结论基于FPGA的多频超声测距系统具有测量精度高、抗干扰能力强等优点，能够满足复杂环境下的测距需求。本设计采用Xilinx公司的Virtex-5系列FPGA芯片作为控制器，实现了多频超声信号的产生、控制、数据处理和显示等功能。实验结果表明，该系统能够准确测量不同距离的障碍物，具有较高的实用价值。