数字系统实验
综合实验
B 级任务-超声波测距
实验原理：
给 trig 一个至少 10us 的高电平脉冲，之后该模块内部将发出 8 个 40kHz 周期电平并检测
回波，最后一旦检测到有回波信号则输出回响信号，回响脉冲的长度与检测距离成正比。
计算公式：设回响高电平脉冲的宽度为 t，该时间即为超声波从发射到返回的时间。所以
距离
d t m s = 340( / ) / 2 。
实验仪器的分析：
1、超声波测距模块由四个引脚构成，Vcc 接电源、GND 接地、trig 为触发信号引脚、echo
为回响信号接收引脚；
2、SRF04 传感器，trig 引脚产生一个大于 10us 的高电平信号，作为触发信号，触发系统
开始工作，随后模块内部会发出八个 40kHz 脉冲，遇到障碍物后就会自动返回，发出脉冲
时 echo 信号会跳变为高电平，当再次接收到脉冲时，echo 信号会重新跳变为低电平，
echo 信号高电平的持续时间就是超声波往返传播的时间，
搭建 Protus 工程：
仿真
在 SRF04 上设定不同距离值，可以得到通过不同频率发声的蜂鸣器；同时利用八
位数码管显示距离值（单位：mm）
数码管和 SRF04 显示：
实现过程的分析：
- 我在做实验时，随着我调节传感器的距离时，蜂鸣器的蜂鸣声会随着距离的逐渐
增大而变得的缓慢，而当超过一定范围时就会不发生，在实验的过程中，我们可
以自己设置这个范围，而这里就要对蜂鸣器进行设置，要根据不同计数值发出不
同的声音，首先需要对计数进行区间划分，通过 7485 比较器实现，比较结果作为
数码管
计数器
选择蜂鸣器的发出不通过声音的使能； - 我在设置数码管显示时，采用的是 74194 芯片作为寄存器，每次当计数结束时，
保存最终的计数值，然后通过 7447 芯片 BCD 译码器，将计数值翻译成数码管显
示数据，7447 译码后是低电平，所以数码管需要选择共阳极数码管。 - 我在设置计数器时，因为计数器采用的 74161 芯片，74161 芯片是模 16 的计数器，
为了表示成十进制我们要把它做成模 10 的计数器，我通过与门和非门，实现计数
器结果为 10 时向下一位进 1。这可以通过与门和非门的输出信号与下一位计数器
的 clk 相连来实现。
实验小结：
在做这个实验中，我在弄的时候一直报“VCC 与 GND 相连“的错误，我明明感觉我没
弄错为啥一直报错，这个耗费了我比较久的时间，最后还是在同学的提醒下我才解决
了，原来各模块之间是有灰色的线也叫隐藏引脚，如果不小心相连，会报错“VCC 与
GND 相连”。
A 级任务-在 Quartus ii 上 1 设计一个每 1 秒刷新一次距离数值的连续测量与计算系
统电路并完成下载。
硬件模块名：trig_produce(超声波模块) 设计者：
在这里插入图片描述
解释说明：
由于长度关系，我只截取了部分图，从上至下，分别为 clk，trig，echo，b_1(判高低位)，c，
d……
首先经过公式计算，距离是 34000*0.001/2=17cm，数码管应该显示 017，数码管显示为 0，
十位为 0110000，数码管显示 1，个位为 1110000，数码管显示 7，所以得出的测距结果为
17cm，符合预期，验证正确；
实验小结
在这个部分实验中主要是 vhdl 代码多，难度也比之前 A 级要高，由于限制篇幅，不好展示，
其中音频信号发生器，音量调节器以及选择代码部分，那个部分很难弄，在这里我贴一个
比较短的，超声波模块的实现，其实最后当自己完成后成就感还挺大的，尤其是当仿真也
成功的时候。
实验总结：
1）人文：学会了人与人之间的合作，每次和同学间的讨论，都能让我对我这次的实验有了
一次更新的认识，这不仅加深了同学间的友谊，还提高了做事的效率。
2）知识：学会如何进行时钟划分，以及用计数计算距离的方法，还有就是对于雷达超声波
测距的原理有了一定的了解，也了解了一些他在生活中的应用；
3）技能：在这次实验后，对于 VHDL 的代码书写能力有了进步，也进一步的提升了对一些
芯片的了解程度，对如何通过现有芯片改装，实现我们预期的功能也有了一定的掌握，还
有就是仿真及引脚分配，引脚分配确认无误并使用实验板验证功能
