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版本1.1: pmod_ultrasonic_range_finder.vhd (3.6 KB)
消除部分综合警告，功能与v1.0完全一致
版本1.0: pmod_ultrasonic_range_finder_v1_0.vhd (3.2 KB)
首次公开发布
特性
- Digilent超声波测距模块(MAXSONAR)Pmod的轻量化VHDL接口源码
- 通过并行接口持续输出最新距离数据
- 处理MAXSONAR Pmod所有数据采集任务
- 将接收数据转换为英寸单位
- 可配置系统时钟频率
引言
本方案详述了连接FPGA与Digilent超声波测距模块(URF)Pmod的VHDL组件，如图1所示。图2展示了该URF Pmod接口组件集成至系统的典型应用实例。如图所示，URF Pmod接口连接至模块的脉冲宽度(PW)端口以获取距离信息。其将距离值换算为英寸单位后，通过简易并行接口输出，可连接至用户逻辑或FPGA输出端口。
图 1. Digilent超声波测距模块Pmod
图 2. 示例实现
背景知识
该超声波测距模块采用Maxbotix公司MB1010 LV-MAXSONAR-EZ1超声波传感器进行测距。传感器提供3种输出方式传递相同距离信息：模拟电压、脉冲宽度及UART串口。本FPGA接口设计选用脉冲宽度模式，因其所需FPGA资源最少。脉冲宽度输出仅是一个可变宽度的脉冲，其持续时间对应所检测物体的距离。
工作原理
经过350毫秒的启动延迟后，URF Pmod每49毫秒在其脉冲宽度（PW）输出端发送一个脉冲。该脉冲的宽度（持续时间）范围为0.88毫秒 ≤ PW ≤ 37.5毫秒。每147微秒代表检测到物体的一英寸距离。
URF Pmod接口逻辑使用两个计数器来评估距离。当PW信号有效时，第一个计数器对系统时钟脉冲进行计数，直至达到147微秒的等效值。此时，第一个计数器清零，第二个计数器递增以记录英寸数。此过程重复进行，直到PW信号失效。
一旦PW信号失效，第二个计数器的值（即总英寸数）将被类型转换为标准逻辑向量，并以二进制数形式输出到距离端口。两个计数器均被清零，为下一次测量做准备。
时钟配置
通过为ENTITY中定义的GENERIC clk_freq赋值，可配置此URF Pmod接口的时钟。此通用参数必须设置为所提供系统时钟的频率（单位为MHz）。
端口描述
表1描述了URF Pmod接口的端口。
表 1. 端口描述
连接方式
该Pmod具有一个6针连接器。表2提供了此连接器的引脚排列。需将URF Pmod接口代码的端口分配至FPGA引脚，这些引脚按所列方式路由至该连接器。
表 2. URF Pmod引脚排列及与FPGA的URF Pmod接口组件的连接
复位
reset_n 输入端口必须保持逻辑高电平，URF Pmod接口才能正常工作。该端口上的低电平会异步复位该组件。复位期间，组件将中止当前读取并忽略URF Pmod输入。同时还会清除距离输出及其内部逻辑。一旦复位释放，URF Pmod接口将恢复运行。
结论
该URF Pmod接口是可编程逻辑组件，用于连接Digilent超声波测距模块Pmod。它处理与URF Pmod的所有通信，通过并行输出持续提供更新的距离数据流。