程式碼下載
色彩感測器 Pmod 控制器（頂層檔案）：pmod_color_sensor.vhd (17.4 KB)
I2C 主控（必須包含在專案中）：i2c_master.vhd (14.1 KB)
特點
- Digilent PmodCOLOR（用於 ams-OSRAM 的 TCS3472 彩色光數位轉換器的 Pmod）精簡介面的 VHDL 原始碼
- 透過 4 個平行介面持續輸出最新的光和色彩數據
- 處理 I2C 通訊以及從色彩感測器 Pmod 檢索所有數據
- 處理彩色光數位轉換器增益和時間參數的配置
- 使用者可定義增益和時間
- 可設定系統時脈頻率
介紹
本文詳細介紹了一個 VHDL 元件，將 FPGA 連接到 Digilent 的色彩感測器 Pmod，如圖 1 所示。圖 2 展示了此色彩感測器 Pmod 控制器整合到系統中的典型範例。如圖所示，色彩感測器 Pmod 控制器連接到 Pmod 連接埠並執行傳輸以配置 Pmod 並收集資料。資料會持續更新，並顯示在 4 個簡單的平行介面上，分別對應透明、紅色、綠色和藍色的資料值。
圖 1. Digilent 色彩感測器 Pmod
圖 2. 範例實現
工作原理
色彩感測器 Pmod 控制器主要由一個狀態機和一個 I2C 主控組件組成。
狀態機
此設計使用圖 3 所示的狀態機來實現其操作。啟動後，組件立即進入 start 狀態。狀態會維持 100ms，以確保 Pmod 有足夠的時間完成上電。然後，進入 set_gain 狀態，配置 TCS3472 彩色光數位轉換器中 ADC 的增益。完成後，進入 set_atime 狀態，配置這些 ADC 的整合時間。在 set_pon_aen 狀態下完成初始化序列。在此狀態下，設定電源開啟位元（PON）以啟動內部振盪器，並設定 ADC 啟用位元（AEN）以啟動 ADC。pause 狀態會實現 2.4ms 的暫停，以便 Pmod 有時間收集資料並更新資料暫存器。在接下來的 read_data 狀態中，控制器從 Pmod 收集最新的燈光和色彩資料。最後，它在 output_result 狀態中輸出資料。然後，控制器在 pause、read_data 和 output_result 狀態之間不斷循環，以保持燈光和色彩資料的更新。雖然狀態圖中未顯示，但任何時候重置元件都會使其回到 start 狀態。
圖 3. 狀態圖
I2C 主控
在 set_gain、set_atime、set_pon_aen 和 read_data 狀態下，狀態機控制 I2C 主控元件與 Pmod 上的 TCS3472 彩色光數位轉換器通訊。 I2C 主控的文件可在此處取得。
配置色彩感測器 Pmod 控制器
色彩感測器 Pmod 控制器的配置是透過設定實體中的通用參數來實現的。
系統時脈頻率
通用參數 sys_clk_freq 必須設定為透過其 clk 連接埠提供給色彩感測器 Pmod 控制器的系統時脈頻率。
增益
一般參數 gain 用於設定讀取 TCS3472 色彩數位轉換器中光電二極體的四個 ADC 的類比增益。您可以調整此值，以提高各種光照條件下顏色和光測量的精確度。有效增益值為 1、4、16 和 60。如果指定了其他值，則色彩感測器的預設增益值為 1。
整合時間
通用參數 atime 用於設定讀取 TCS3472 色彩數位轉換器中光電二極體的四個 ADC 的整合時間。整合時間會影響讀數的解析度和靈敏度，範圍為 2.4ms 至 614ms。參數 atime 是一個 2 的補碼值，根據公式 1 所示的所需整合時間計算。
更多詳情，請參閱 TCS3472 規格書 tbd - TCS3472_DS000390_2-00.pdf (4.6 MB) 第 15 頁頂部。
連接埠描述
表 1 描述了色彩感測器 Pmod 控制器的連接埠。
表 1. 連接埠描述
連接
此 Pmod 有一個 6 針連接器。表 2 提供了此連接器的引腳排列。色彩感測器 Pmod 控制器的連接埠需要分配給連接到此連接器的 FPGA 引腳，具體如下表所示。
表 2. 色彩感測器 Pmod 引腳排列及與色彩感測器 Pmod 控制器的連接
Pmod 還配有多個跳線。必須啟用（即連接）JP1 和 JP2 才能連接 SCL 和 SDA 所需的 I2C 上拉電阻。JP3 和 JP4 不影響色彩感測器 Pmod 控制器的運作。
重置
reset_n 輸入連接埠必須為邏輯高電平，色彩感測器 Pmod 控制器元件才能運作。此連接埠上的邏輯低電平會非同步重置元件。在重置期間，元件將中止目前與 Pmod 的傳輸，並清除 clear、red、green 和 blue 資料輸出以及 i2c_ack_err 輸出。重置解除後，色彩感測器 Pmod 控制器將重新啟動運作。它會重新配置 Pmod，並繼續收集和輸出光和色彩資料。
結論
此色彩感測器 Pmod 控制器是一個可編程邏輯元件，可與 Digilent PmodCOLOR（色彩感測器 Pmod）介接。它負責處理與此 Pmod 的所有通訊，以配置 Pmod 的彩色光數位轉換器，並在平行輸出上提供持續更新的燈光和色彩資料流。