FPGA驱动超声波测距系统：硬件设计与信号处理
研究
目录
FPGA驱动超声波测距系统：硬件设计与信号处理研究（1）3
1.内容概要3
1.1研究背景与意义4
1.2国内外研究现状分析8
1.3研究内容与方法9
2.超声波测距原理11
2.1超声波测距基本原理12
2.2超声波测距系统组成14
3.FPGA在测距系统中的作用15
3.1FPGA的定义与特点18
3.2FPGA在测距系统中的应用20
4.FPGA驱动超声波测距系统设计21
4.1系统总体架构设计22
4.2FPGA硬件设计24
4.3FPGA软件设计25
5.信号处理技术研究28
5.1信号采集与预处理29
5.2信号特征提取30
5.3信号解算与误差分析32
6.FPGA驱动超声波测距系统的实现与测试33
6.1系统实现过程34
6.2系统测试方案36
7,结论与展望36
7.1研究成果总结37
7.2未来工作方向与建议38
FPGA驱动超声波测距系统：硬件设计与信号处理研究（2）39
1.内容概括39
2.FPGA驱动超声波测距系统的概述39
2.1超声波测距技术简介42
2.2FPGA在嵌入式系统中的应用43
3.硬件设计原则44
3.1总体设计方案46
3.2主要模块介绍47
4.声音传感器选择与设计49
4.1声音传感器选型52
4.2模拟电路设计53
5.FPGADSP实现方案54
5.1DSP原理及特点56
5.2FPGADSP架构设计58
6.FPGA编程流程59
6.1编程环境搭建61
6.2FPGA代码编写62
7.信号处理算法64
7.1过滤器设计65
7.2数据预处理67
8.测距误差分析68
8.1实际测试数据70
8.2误差来源分析72
9.结果与讨论73
9.1实验结果展示74
9.2分析与解释75
10.遗留问题与未来展望76
10.1技术难题79
10.2展望与改进方向80
FPGA驱动超声波测距系统：硬件设计与信号处理研究（1）
1.内容概要
本文深入探讨了FPGA驱动的超声波测距系统的设计与实现，重点关注硬件设计和
信号处理两个核心方面。
（一）引言
随着科技的飞速发展，超声波测距技术已广泛应用于多个领域，如自动驾驶、智能
机器人、工业自动化等。其中FPGA（现场可编程门阵列）作为一种高性能、低功耗的
集成电路，在超声波测距系统中发挥着关键作用。本文旨在通过硬件设计和信号处理的
综合研究，为实际应用提供可靠、高效的解决方案。
（二）系统设计概述
本系统采用FPGA作为核心控制器，结合超声波传感器进行距离测量。系统主要分
为以下几个部分：
部件功能
FPGA控制器，负责数据处理和指令执行
超声波传感器发射超声波并接收回波，计算距离
电源模块提供系统所需稳定电源
通信接口实现与外部设备的通信
（三）硬件设计
1.FPGA最小系统设计：根据系统需求，选择合适的FPGA芯片，并搭建最小系统板,
包括晶振电路、复位电路等基本兀件。
2.超声波传感器接口设计：设计数据接口电路，实现与FPG