这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了基于FPGA的蓝牙循迹小车项目。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。
超声波模块
超声波测距简介
超声波是由机械振动产生的, 可在不同介质中以不同的速度传播, 具有定向性好、能量集中、传输过程中衰减较小、反射能力较强等优点。超声波传感器可广泛应用于非接触式检测方法,它不受光线、被测物颜色等影响, 对恶劣的工作环境具有一定的适应能力, 因此在水文液位测量、车辆自动导航、物体识别等领域有着广泛的应用。
超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波, 从而测出发射和接收回波的时间差Δt , 然后求出距离S 。在速度v 已知的情况下,距离S 的计算,公式如下:S = vΔt/ 2在空气中,常温下超声波的传播速度是334 米/秒,但其传播速度V 易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大,如温度每升高1 ℃, 声速增加约0. 6 米/ 秒。因此在测距精度要求很高的情况下, 应通过温度补偿的方法对传播速度加以校正。已知现场环境温度T 时, 超声波传播速度V 的计算公式如下:
V = 331. 5+0.607T
这样, 只要测得超声波发射和接收回波的时间差Δt 以及现场环境温度T,就可以精确计算出发射点到障碍物之间的距离。
HC-SR04超声波测距模块简介
HC-SR04超声波测距模块可提供2cm-400cm的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm；模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。
HC-SR04超声波测距模块特点
1、典型工作用电压：5V
2、超小静态工作电流：小于5mA
3、感应角度(R3 电阻越大,增益越高,探测角度越大)：
R3 电阻为392,不大于15 度
R3 电阻为472, 不大于30 度
4、探测距离(R3 电阻可调节增益,即调节探测距离)：
R3 电阻为392 2cm-450cm
R3 电阻为472 2cm-700cm
5、高精度：可达0.3cm
6、盲区（2cm）超近
HC-SR04超声波测距模块管脚
VCC（5V）、 Trig（控制端）、 Echo（接收端）、地（GND）
使用方法：控制口发一个10US 以上的高电平,就可以在接收口等待高电平输出。一有输出就可以开定时器计时,当此口变为低电平时就可以读定时器的值,此时就为此次测距的时间,方可算出距离。如此不断的周期测,就可以达到你移动测量的值了。
1、采用IO 触发测距，给至少10us 的高电平信号；
2、模块自动发送8 个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；
3、有信号返回，通过IO 输出高电平，高电平持续时间就是超声波从发射到返回时间．测试距离=(高电平时间*声速(340M/S))/2。
模块时序图
以上时序图表明只需要提供一个10US以上的脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40kHz周期电平并检测回波。一旦检测到有回波信号则输出回响信号。回响信号的脉冲宽度与所测的距离成正比。由此通过发射信号到收到的回响信号时间间隔可以计算得到距离。距离=高电平时间*声速。
代码编写
| Verilog
`timescale 1ns / 1ps
module hc_sr(
input sys_clk,
input sys_rst_n,
input echo,
output trig,
output [15:0] distance
);
parameter delay = 35000750;//15*50 + 70*50_000一个超声波触发周期
localparam S0 = 3'b001;
localparam S1 = 3'b010;
localparam S2 = 3'b100;
reg [31:0] cnt_70ms; //超声波发射信号的周期计数器
reg [2:0] state;
reg [2:0] next_state;
reg [31:0] cnt_echo; //回响信号寄存器
reg [31:0] cnt_echo_d0;//回响信号打拍
//超声波发射信号的周期计数器赋值
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)begin
cnt_70ms <= 32'b0;
end
else if(cnt_70ms == delay - 32'b1)
cnt_70ms <= 32'b0;
else
cnt_70ms <= cnt_70ms + 32'b1;
end
//给trig赋值
assign trig = (cnt_70ms < 15*50) ? 1'b1 : 1'b0;
//状态转换
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
state <= S0;
else
state <= next_state;
end
//次态逻辑
always@(*)begin
if(!sys_rst_n)
next_state = S0;
else
case(state)
S0: if(echo)
next_state = S1;
else
next_state = S0;
S1: if(~echo)
next_state <= S2;
else
next_state <= S1;
S2: next_state <= S0;
default: next_state <= S0;
endcase
end
//逻辑输出，各个状态的动作
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n) begin
cnt_echo <= 1'b0;
end
else
case(state)
S0: begin
cnt_echo <= 0;
cnt_echo_d0 <= cnt_echo_d0;
end
S1: begin
cnt_echo <= cnt_echo + 1;
cnt_echo_d0 <= cnt_echo_d0;
end
S2: begin
cnt_echo <= 0;
cnt_echo_d0 <= cnt_echo;
end
default : begin
cnt_echo <= 0;
cnt_echo_d0 <= cnt_echo_d0;
end
endcase
end
//将回响的值赋值给distance
assign distance = (cnt_echo_d0*20)/1000/58;
endmodule |
系统框图
数码管显示距离
| Verilog
`timescale 1ns / 1ps
module seg(
input sys_clk,
input sys_rst_n,
input [15:0] number,
output reg [7:0] seg, //段选
output reg [3:0] sel //位选
);
parameter CNT_US_MAX = 50;
//数据处理，将每一位数字提取出来
wire [3:0] ge;
wire [3:0] shi;
wire [3:0] bai;
wire [3:0] qian;
reg [3:0] data;
assign ge = number%10;
assign shi = number/10%10;
assign bai = number/100%10;
assign qian = number/1000%10;
//状态机
localparam IDLE = 3'd0;
localparam GE = 3'd1;
localparam SHI = 3'd2;
localparam BAI = 3'd3;
localparam QIAN = 3'd4;
//定义现态和次态
reg [2:0] state;
reg [2:0] next_state;
reg [15:0] cnt_us;
//状态转换
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
state <= IDLE;
else
state <= next_state;
end
//次态逻辑
always @(*)begin
case(state)
IDLE: next_state = GE;
GE: if(cnt_us == CNT_US_MAX - 16'b1)
next_state = SHI;
else
next_state = state;
SHI:if(cnt_us == CNT_US_MAX - 16'b1)
next_state =BAI;
else
next_state = state;
BAI:if(cnt_us == CNT_US_MAX - 16'b1)
next_state = QIAN;
else
next_state = state;
QIAN:if(cnt_us == CNT_US_MAX - 16'b1)
next_state = IDLE;
else
next_state = state;
default:next_state = state;
endcase
end
//给cnt_us赋值
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
cnt_us = 15'b0;
else if(cnt_us == CNT_US_MAX - 6'b1)
cnt_us = 15'b0;
else
cnt_us = cnt_us + 16'b1;
end
//逻辑输出,控制段选的数据索引和位选
always@(*)begin
case(state)
IDLE: begin
data = 4'd0;
sel = 4'b0000;
end
GE : begin
data = ge;
sel = 4'b0001;
end
SHI : begin
data = shi;
sel = 4'b0010;
end
BAI : begin
data = bai;
sel = 4'b0100;
end
QIAN : begin
data = qian;
sel = 4'b1000;
end
default:begin
data = 4'd0;
sel = 4'b0000;
end
endcase
end
//给段选赋值
always@(*)begin
case (data)
4'd0:seg =~8'h3f;
4'd1:seg =~8'h06;
4'd2:seg =~8'h5b;
4'd3:seg =~8'h4f;
4'd4:seg =~8'h66;
4'd5:seg =~8'h6d;
4'd6:seg =~8'h7d;
4'd7:seg =~8'h07;
4'd8:seg =~8'h7f;
4'd9:seg =~8'h6f;
default: seg = ~8'h3f;
endcase
end
endmodule |
驱动模块
使用L298驱动芯片驱动四个直流电机。
像这样的连接方式，淘宝卖家一般都会有教程。
使能A和使能B默认用跳线帽连接5V，此时是不调速模式。拔掉跳线帽，即可使用PWM控制速度。
蓝牙模块
控制方法
蓝牙交互信号使用UART通信，通过手机连接蓝牙，发送控制信号给板子，来控制直流电机的工作方式。
UART通信
| Verilog
module uart_rx(
input clk , //系统时钟
input rst_n , //系统复位，低有效
input uart_rxd , //UART接收端口
output reg uart_rx_done, //UART接收完成信号
output reg [7:0] uart_rx_data //UART接收到的数据
);
//parameter define
parameter CLK_FREQ = 50000000; //系统时钟频率
parameter UART_BPS = 115200 ; //串口波特率
localparam BAUD_CNT_MAX = CLK_FREQ/UART_BPS; //为得到指定波特率，对系统时钟计数BPS_CNT次
//reg define
reg uart_rxd_d0;
reg uart_rxd_d1;
reg uart_rxd_d2;
reg rx_flag ; //接收过程标志信号
reg [3:0 ] rx_cnt ; //接收数据计数器
reg [15:0] baud_cnt ; //波特率计数器
reg [7:0 ] rx_data_t ; //接收数据寄存器
//wire define
wire start_en;
//*****************************************************
//** main code
//*****************************************************
//捕获接收端口下降沿(起始位)，得到一个时钟周期的脉冲信号
assign start_en = uart_rxd_d2 & (~uart_rxd_d1) & (~rx_flag);
//针对异步信号的同步处理
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
uart_rxd_d0 <= 1'b0;
uart_rxd_d1 <= 1'b0;
uart_rxd_d2 <= 1'b0;
end
else begin
uart_rxd_d0 <= uart_rxd;
uart_rxd_d1 <= uart_rxd_d0;
uart_rxd_d2 <= uart_rxd_d1;
end
end
//给接收标志赋值
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
rx_flag <= 1'b0;
else if(start_en) //检测到起始位
rx_flag <= 1'b1; //接收过程中，标志信号rx_flag拉高
//在停止位一半的时候，即接收过程结束，标志信号rx_flag拉低
else if((rx_cnt == 4'd9) && (baud_cnt == BAUD_CNT_MAX/2 - 1'b1))
rx_flag <= 1'b0;
else
rx_flag <= rx_flag;
end
//波特率的计数器赋值
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
baud_cnt <= 16'd0;
else if(rx_flag) begin //处于接收过程时，波特率计数器（baud_cnt）进行循环计数
if(baud_cnt < BAUD_CNT_MAX - 1'b1)
baud_cnt <= baud_cnt + 16'b1;
else
baud_cnt <= 16'd0; //计数达到一个波特率周期后清零
end
else
baud_cnt <= 16'd0; //接收过程结束时计数器清零
end
//对接收数据计数器（rx_cnt）进行赋值
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
rx_cnt <= 4'd0;
else if(rx_flag) begin //处于接收过程时rx_cnt才进行计数
if(baud_cnt == BAUD_CNT_MAX - 1'b1) //当波特率计数器计数到一个波特率周期时
rx_cnt <= rx_cnt + 1'b1; //接收数据计数器加1
else
rx_cnt <= rx_cnt;
end
else
rx_cnt <= 4'd0; //接收过程结束时计数器清零
end
//根据rx_cnt来寄存rxd端口的数据
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n)
rx_data_t <= 8'b0;
else if(rx_flag) begin //系统处于接收过程时
if(baud_cnt == BAUD_CNT_MAX/2 - 1'b1) begin //判断baud_cnt是否计数到数据位的中间
case(rx_cnt)
4'd1 : rx_data_t[0] <= uart_rxd_d2; //寄存数据的最低位
4'd2 : rx_data_t[1] <= uart_rxd_d2;
4'd3 : rx_data_t[2] <= uart_rxd_d2;
4'd4 : rx_data_t[3] <= uart_rxd_d2;
4'd5 : rx_data_t[4] <= uart_rxd_d2;
4'd6 : rx_data_t[5] <= uart_rxd_d2;
4'd7 : rx_data_t[6] <= uart_rxd_d2;
4'd8 : rx_data_t[7] <= uart_rxd_d2; //寄存数据的高低位
default : ;
endcase
end
else
rx_data_t <= rx_data_t;
end
else
rx_data_t <= 8'b0;
end
//给接收完成信号和接收到的数据赋值
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
uart_rx_done <= 1'b0;
uart_rx_data <= 8'b0;
end
//当接收数据计数器计数到停止位，且baud_cnt计数到停止位的中间时
else if(rx_cnt == 4'd9 && baud_cnt == BAUD_CNT_MAX/2 - 1'b1) begin
uart_rx_done <= 1'b1 ; //拉高接收完成信号
uart_rx_data <= rx_data_t; //并对UART接收到的数据进行赋值
end
else begin
uart_rx_done <= 1'b0;
uart_rx_data <= uart_rx_data;
end
end
endmodule |
循迹模块
使用两个红外传感器放在小车最前处的左右端，红外传感器使用DO口，根据两个DO口的信号驱动小车。
| Verilog
module xunji(
input sys_clk,
input sys_rst_n,
input [1:0] ddoo,
output reg [3:0] car1 //car1是循迹模式
);
//循迹
always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
car1 <= 4'b000;
else if(ddoo == 2'b00)
car1 <= 4'b1010; //前进
else if(ddoo == 2'b10)
car1 <= 4'b0110; //左转
else if(ddoo == 2'b01)
car1 <= 4'b1001; //右转
else if(ddoo == 2'b11)
car1 <= 4'b0000; //停止
end
endmodule |
避障模块
| Verilog
module avoid(
input sys_clk,
input sys_rst_n,
input [15:0] number,
output reg [3:0] car_a
);
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
car_a <= 4'b0000;
else if(number < 25)
car_a <= 4'b0110;
else
car_a <= 4'b1010;
end
endmodule |
顶层模块
| Verilog
module little_car(
input sys_clk,
input sys_rst_n,
input [1:0] ddoo,
input echo,
input uart_rxd,
output trig,
output [7:0] seg,
output [3:0] sel,
output reg [3:0] car
);
parameter CLK_FREQ = 50000000; //系统时钟频率
parameter UART_BPS = 9600 ; //串口波特率
parameter CNT_US_MAX = 50;
parameter delay = 35000750;//15*50 + 70*50_000一个超声波触发周期
wire [15:0] number;
wire [3:0] car1;
wire [3:0] car_a;
wire [7:0] data;
//控制小车
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)begin
if(!sys_rst_n)
car <= 4'b0000;
else if(data == 8'h02 )
car <= 4'b1010; //前进
else if(data == 8'h08)
car <= 4'b0101; //后退
else if(data == 8'h04)
car <= 4'b0110; //左转
else if(data == 8'h06)
car <= 4'b1001; // 右转
else if(data == 8'h05)
car <= 4'b0000;
else if(data == 8'h0f)
car <= car1; //循迹
else if(data == 8'hff)
car <= car_a; //避障
else
car <= car;
end
//循迹例化
xunji u_xunji(
.sys_clk (sys_clk),
.sys_rst_n (sys_rst_n),
.ddoo (ddoo),
.car1 (car1)
);
//超声波例化
hc_sr #(
.delay (delay)
)u_hc_sr(
.sys_clk (sys_clk),
.sys_rst_n (sys_rst_n),
.echo (echo),
.trig (trig),
.distance (number)
);
//避障例化
avoid u_avoid(
.sys_clk (sys_clk),
.sys_rst_n (sys_rst_n),
.number (number),
.car_a (car_a)
);
//数码管例化
seg #(
.CNT_US_MAX (CNT_US_MAX)
)u_seg(
.sys_clk (sys_clk ),
.sys_rst_n (sys_rst_n),
.number (number ),
.seg (seg ),
.sel (sel )
);
//uart通信
uart_rx #(
.CLK_FREQ (CLK_FREQ),
.UART_BPS (UART_BPS)
)u_uart_rx(
.clk (sys_clk ),
.rst_n (sys_rst_n ),
.uart_rxd (uart_rxd ),
.uart_rx_done (uart_rx_done),
.uart_rx_data (data)
);
endmodule |
仿真文件
模仿蓝UART通信给小车发送控制信号，看连接直流电机的信号是否符合预期。
| Verilog
`timescale 1ns/1ns //仿真的单位/仿真的精度
module tb_little_car();
//parameter define
parameter CLK_PERIOD = 20;//时钟周期为20ns
//reg define
reg sys_clk ; //时钟信号
reg sys_rst_n; //复位信号
reg uart_rxd ; //UART接收端口
reg [1:0] ddoo;
reg echo;
reg uart_rxd;
//wire define
wire trig;
wire [3:0] sel;
wire [7:0] seg;
wire [3:0] car;
initial begin
sys_clk <= 1'b0;
sys_rst_n <= 1'b0;
uart_rxd <= 1'b1;
ddoo <= 2'b00;
echo <= 1'b0;
#400
sys_rst_n <= 1'b1;
//发送8'h55 8'b000_0010
#2000
uart_rxd <= 1'b0; //起始位
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D0
#104160
uart_rxd <= 1'b1; //D1
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D2
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D3
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D4
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D5
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D6
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D7
#104160
uart_rxd <= 1'b1; //停止位
#104160
uart_rxd <= 1'b1; //空闲状态
//发送8'h55 8'b000_1000
#2000
uart_rxd <= 1'b0; //起始位
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D0
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D1
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D2
#104160
uart_rxd <= 1'b1; //D3
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D4
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D5
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D6
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D7
#104160
uart_rxd <= 1'b1; //停止位
#104160
uart_rxd <= 1'b1; //空闲状态
//发送8'h55 8'b000_1000
#2000
uart_rxd <= 1'b0; //起始位
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D0
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D1
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D2
#104160
uart_rxd <= 1'b1; //D3
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D4
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D5
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D6
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D7
#104160
uart_rxd <= 1'b1; //停止位
#104160
uart_rxd <= 1'b1; //空闲状态
//发送8'h55 8'b000_0100
#2000
uart_rxd <= 1'b0; //起始位
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D0
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D1
#104160
uart_rxd <= 1'b1; //D2
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D3
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D4
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D5
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D6
#104160
uart_rxd <= 1'b0; //D7
#104160
uart_rxd <= 1'b1; //停止位
#104160
uart_rxd <= 1'b1; //空闲状态
end
//50Mhz的时钟，周期则为1/50Mhz=20ns,所以每10ns，电平取反一次
always #(CLK_PERIOD/2) sys_clk = ~sys_clk;
//例化顶层模块
little_car u_little_car(
.sys_clk (sys_clk ),
.sys_rst_n (sys_rst_n),
.uart_rxd (uart_rxd ),
.ddoo (ddoo ),
.trig (trig),
.echo (echo),
.sel (sel),
.seg (seg),
.car (car)
);
endmodule文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-781509.html |
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-781509.html
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