河南理工大学课程设计报告书
一、 设计任务与要求
本设计基于 FPGA 芯片（可编程逻辑门阵列）来设计一个雷达监测系统，
使用 FPGA 芯片型号为：Cyclone Ⅳ EP4CE6F17C8，超声波模块型号为：
HC-SR04，无源蜂鸣器，晶振参数为 50MHZ，四个七段数码管，5V 电源，
FPGA 下载线，以及杜邦线若干（硬件电路与本课程设计关系不大，因此在后
面不再进行过多的说明和赘述）。所使用的编程软件为 Quartus (Quartus
Prime 18.0) Standard Edition。
在此 系统 的设 计中 ，涉 及到 了为 超声 波传 感器 增加 精度 的设 计方 法 ，
verilog HDL 语句的使用，位拼接，移位等位操作，还有 case，if 以及 if 的嵌
套操作，模块化的设计方法。该系统的设计非常简单，没有过于复杂的操作，
只有在超声波传感器模块中的部分程序有些复杂。
该系统可以在单一直线方向上进行监测测距，并将所得的测距离显示在数
码管上，所测得的距离应在 2cm 到 2m 内误差较小，并且当超声波模块所测得
的距离小于某一数值时使用 FPGA 控制蜂鸣器发出一定频率的声音，超声波模
块所测得得距离越小使蜂鸣器所发出的声音越大，频率越高，以此来达到提醒
距离的功能。该系统驱动超声波模块在一定时间内发送一道声波，声波碰到障
碍物后反射回来，然后由另一个管脚来进行接收，当声波发射出去时，某一引
脚持续高电平，直到接收到反射回来的声波时，将该引脚置为低电平，通过计
算该引脚的高电平持续时间乘以声波在空气中的传播速度再除以二可得出声波
到前方障碍物的距离。由于声波有来有去，若要保证所测得的距离具备有效性，
因此必须在程序中设置有效距离，该步骤会在后面的程序设计思路中具体表现
出来。同时在该系统中还使用到了无源蜂鸣器和七段数码管，而且在数码管模
块中还用到了人眼的暂态效应来完成设计。
设计任务与要求：
已知此任务需要完成的功能：（1）使用 FPGA 控制超声波 HC-SR04 模块，
使其正常工作。（2）使用四个七段数码管来显示测量距离。（3）使用蜂鸣器
来警示距离过短。（4）当距离越短，蜂鸣器发出的声音越大，频率越高。
（5）数码管显示的距离使用厘米为单位进行表示。（6）使用 FPGA 芯片来进
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