基于接近式傳感器的智能接近系統(tǒng)設(shè)計(jì)

• 任務(wù)：智能手機(jī)通話，手機(jī)靠近耳朵后關(guān)閉屏顯，基于 STEP-MAX10M08核心板 和 STEP BaseBoard V3.0底板 完成智能接近系統(tǒng)設(shè)計(jì)并觀察調(diào)試結(jié)果
• 要求：驅(qū)動底板上的接近式傳感器APDS-9901獲得接近數(shù)據(jù)，控制核心板上LED按能量條方式點(diǎn)亮
• 解析：通過FPGA編程驅(qū)動接近式傳感器APDS-9901，獲取接近距離信息，然后根據(jù)距離信息編碼控制8個(gè)LED燈按能量條方式點(diǎn)亮。

根據(jù)前面的實(shí)驗(yàn)解析我們可以得知，該設(shè)計(jì)可以拆分成兩個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)，

• APDS9901Driver：接近式傳感器APDS-9901芯片I2C總線通信驅(qū)動模塊。
• Decoder：將距離信息轉(zhuǎn)換成能量條數(shù)據(jù)。

I2C總線是由Philips公司開發(fā)的一種簡單、雙向二線制同步串行總線。它只需要兩根線即可在連接于總線上的器件之間傳送信息。

主器件用于啟動總線傳送數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生時(shí)鐘以開放傳送的器件，此時(shí)任何被尋址的器件均被認(rèn)為是從器件．在總線上主和從、發(fā)和收的關(guān)系不是恒定的，而取決于此時(shí)數(shù)據(jù)傳送方向。如果主機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)給從器件，則主機(jī)首先尋址從器件，然后主動發(fā)送數(shù)據(jù)至從器件，最后由主機(jī)終止數(shù)據(jù)傳送；如果主機(jī)要接收從器件的數(shù)據(jù)，首先由主器件尋址從器件．然后主機(jī)接收從器件發(fā)送的數(shù)據(jù)，最后由主機(jī)終止接收過程。在這種情況下．主機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生定時(shí)時(shí)鐘和終止數(shù)據(jù)傳送。

字節(jié)格式

發(fā)送到SDA 線上的每個(gè)字節(jié)必須為8 位，每次傳輸可以發(fā)送的字節(jié)數(shù)量不受限制。每個(gè)字節(jié)后必須跟一個(gè)響應(yīng)位。首先傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)的最高位（MSB），如果從機(jī)要完成一些其他功能后（例如一個(gè)內(nèi)部中斷服務(wù)程序）才能接收或發(fā)送下一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字節(jié)，可以使時(shí)鐘線SCL 保持低電平，迫使主機(jī)進(jìn)入等待狀態(tài)，當(dāng)從機(jī)準(zhǔn)備好接收下一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)并釋放時(shí)鐘線SCL 后數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)。

啟動和停止

在時(shí)鐘線SCL保持高電平期間，數(shù)據(jù)線SDA上的電平被拉低（即負(fù)跳變），定義為I2C總線總線的啟動信號，它標(biāo)志著一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。啟動信號是一種電平跳變時(shí)序信號，而不是一個(gè)電平信號。啟動信號是由主控器主動建立的，在建立該信號之前I2C總線必須處于空閑狀態(tài)。

在時(shí)鐘線SCL保持高電平期間，數(shù)據(jù)線SDA被釋放，使得SDA返回高電平（即正跳變），稱為I2C總線的停止信號，它標(biāo)志著一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K止。停止信號也是一種電平跳變時(shí)序信號，而不是一個(gè)電平信號，停止信號也是由主控器主動建立的，建立該信號之后，I2C總線將返回空閑狀態(tài)。

應(yīng)答響應(yīng)

數(shù)據(jù)傳輸必須帶響應(yīng)，相關(guān)的響應(yīng)時(shí)鐘脈沖由主機(jī)產(chǎn)生。在響應(yīng)的時(shí)鐘脈沖期間，發(fā)送器釋放SDA 線（上拉電阻拉高），接收器必須將SDA 線拉低，使它在這個(gè)時(shí)鐘脈沖的高電平期間保持穩(wěn)定的低電平，這種情況下是應(yīng)答，如果在這個(gè)時(shí)鐘脈沖的高電平期間SDA線沒有被拉低則表示沒有應(yīng)答。通常被尋址的接收器在接收到的每個(gè)字節(jié)后，必須產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)答。當(dāng)從機(jī)接收器不應(yīng)答時(shí)，主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)停止或重復(fù)起始條件。

通信速率

常見的I2C總線依傳輸速率的不同而有不同的模式：標(biāo)準(zhǔn)模式（100 Kbit/s）、低速模式（10 Kbit/s），但時(shí)鐘頻率可被允許下降至零，這代表可以暫停通信。而新一代的I2C總線可以和更多的節(jié)點(diǎn)（支持10比特長度的地址空間）以更快的速率通信：快速模式（400 Kbit/s）、高速模式（3.4 Mbit/s）。

STEP BaseBoard V3.0底板上的接近光傳感器APDS-9901模塊電路圖如下（上拉電阻未顯示）：

上圖為接近光傳感器APDS-9901模塊電路，與FPGA硬件接口有I2C總線（SCL、SDA）和中斷信號INT，APDS-9901是博通公司的集成環(huán)境光ALS、紅外光IR和接近距離傳感器，具有體積小、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，被大量應(yīng)用于手機(jī)、筆記本、相機(jī)、液晶顯示器等電子產(chǎn)品上，環(huán)境光ALS可以根據(jù)外部環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備屏幕顯示亮度，接近距離傳感器可以根據(jù)應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品對應(yīng)應(yīng)用，例如接聽電話時(shí)控制手機(jī)關(guān)閉顯示等，接口采用I2C總線能夠支持400KHz的I2C快速模式。

可綜合Verilog模塊設(shè)計(jì)中必須有端口存在，端口有輸入input，輸出output，雙向inout，對于輸入和輸出型端口我們很好理解，我們來了解一下雙向端口信號的處理。

在芯片中為了管腳復(fù)用，很多管腳都是雙向的，既可以輸入也可以輸出。在Verilog中即為inout型端口。Inout端口的實(shí)現(xiàn)是使用三態(tài)門，三態(tài)門的第三個(gè)狀態(tài)是高阻態(tài)Z。在實(shí)際電路中高阻態(tài)意味著響應(yīng)的管腳懸空、斷開。

當(dāng)inout用作輸出時(shí)，就像平常一樣。當(dāng)inout用作輸入時(shí)，需要設(shè)為高阻態(tài)，這樣其電平就可以由外部輸入信號決定了（這是高阻態(tài)的特性）。

雙向端口應(yīng)用案例：

module bid
(
input           out_en,
input           a,
inout           b,
output          c
);  
assign  b = out_en? a : 1'bz;
assign  c = b; 
endmodule

通過前面的了解，我們對于整個(gè)I2C總線的驅(qū)動原理有了一定的了解，接下來我們根據(jù)APDS-9901的芯片手冊了解其驅(qū)動方法及參數(shù)要點(diǎn)。

通過APDS-9901時(shí)序參數(shù)了解，APDS-9901支持I2C通信400KHz快速模式同時(shí)兼容100KHz的標(biāo)準(zhǔn)模式，還有兩種模式下時(shí)序中的各種時(shí)間參數(shù)，本例中我們就采用標(biāo)準(zhǔn)模式完成驅(qū)動設(shè)計(jì)。

首先我們分頻得到400KHz的時(shí)鐘，整個(gè)設(shè)計(jì)都基于該時(shí)鐘完成，程序?qū)崿F(xiàn)如下：

//使用計(jì)數(shù)器分頻產(chǎn)生400KHz時(shí)鐘信號
clk_400khzreg                 clk_400khz;
reg     [9:0]       cnt_400khz;
always@(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n) begin
        cnt_400khz <= 10'd0; 
        clk_400khz <= 1'b0;
    end else if(cnt_400khz >= CNT_NUM-1) begin
        cnt_400khz <= 10'd0; 
        clk_400khz <= ~clk_400khz;
    end else begin
        cnt_400khz <= cnt_400khz + 1'b1;
    end
    end

I2C時(shí)序可以分解成基本單元（啟動、停止、發(fā)送、接收、發(fā)應(yīng)答、讀應(yīng)答），整個(gè)I2C通信都是由這些單元按照不同的順序組合，我們設(shè)計(jì)一個(gè)狀態(tài)機(jī)，將這些基本單元做成狀態(tài)，控制狀態(tài)機(jī)的跳轉(zhuǎn)就能實(shí)現(xiàn)I2C通信時(shí)序。主機(jī)每次發(fā)送數(shù)據(jù)都要接收判斷從機(jī)的響應(yīng)，每次接收數(shù)據(jù)也要向從機(jī)發(fā)送響應(yīng)，所以發(fā)送單元和讀應(yīng)答單元可以合并，接收單元和寫應(yīng)答單元可以合并。

啟動時(shí)序狀態(tài)設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)如下：

START:begin //I2C通信時(shí)序中的起始START
        if(cnt_start >= 3'd5) cnt_start <= 1'b0;    //對START中的子狀態(tài)執(zhí)行控制cnt_start
        else cnt_start <= cnt_start + 1'b1;
        case(cnt_start)
            3'd0:   begin sda <= 1'b1; 
            scl <= 1'b1; 
            end //將SCL和SDA拉高，保持4.7us以上
            3'd1:   begin sda <= 1'b1; 
            scl <= 1'b1; 
            end //每個(gè)周期2.5us，需要兩個(gè)周期
            3'd2:   begin sda <= 1'b0; 
            end  //SDA拉低到SCL拉低，保持4.0us以上
            3'd3:   begin sda <= 1'b0; 
            end  //clk_400khz每個(gè)周期2.5us，需要兩個(gè)周期
            3'd4:   begin scl <= 1'b0; 
            end  //SCL拉低，保持4.7us以上
            3'd5:   begin scl <= 1'b0; 
            state <= state_back; 
            end //每個(gè)周期2.5us，兩個(gè)周期
            default: state <= IDLE; //如果程序失控，進(jìn)入IDLE自復(fù)位狀態(tài)
        endcase
    end

發(fā)送單元和讀應(yīng)答單元合并，時(shí)序狀態(tài)設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)如下：

WRITE:begin //I2C通信時(shí)序中的寫操作WRITE和相應(yīng)判斷操作ACK
        if(cnt <= 3'd6) begin   //共需要發(fā)送8bit的數(shù)據(jù)，這里控制循環(huán)的次數(shù)
            if(cnt_write >= 3'd3) begin cnt_write <= 1'b0; 
            cnt <= cnt + 1'b1; 
            end
            else begin cnt_write <= cnt_write + 1'b1; 
            cnt <= cnt; 
            end
        end else begin
            if(cnt_write >= 3'd7) begin cnt_write <= 1'b0; 
            cnt <= 1'b0; 
            end //復(fù)位變量
            else begin cnt_write <= cnt_write + 1'b1; 
            cnt <= cnt; 
            end
        end
        case(cnt_write)
            //按照I2C的時(shí)序傳輸數(shù)據(jù)
            3'd0:   begin scl <= 1'b0; 
            sda <= data_wr[7-cnt]; 
            end   //SCL拉低，SDA輸出
            3'd1:   begin scl <= 1'b1; 
            end  //SCL拉高，保持4.0us以上
            3'd2:   begin scl <= 1'b1; 
            end  //clk_400khz每個(gè)周期2.5us，需要兩個(gè)周期
            3'd3:   begin scl <= 1'b0; 
            end  //SCL拉低，準(zhǔn)備發(fā)送下1bit的數(shù)據(jù)
            //獲取從設(shè)備的響應(yīng)信號并判斷
            3'd4:   begin sda <= 1'bz; 
            end  //釋放SDA線，準(zhǔn)備接收從設(shè)備的響應(yīng)信號
            3'd5:   begin scl <= 1'b1; 
            end  //SCL拉高，保持4.0us以上
            3'd6:   begin ack_flag <= i2c_sda; 
            end  //獲取從設(shè)備的響應(yīng)信號
            3'd7:   begin scl <= 1'b0; 
            if(ack_flag)state <= state; 
            else state <= state_back; 
            end //SCL拉低，如果不應(yīng)答循環(huán)寫
            default: state <= IDLE; //如果程序失控，進(jìn)入IDLE自復(fù)位狀態(tài)
        endcase
    end

接收單元和寫應(yīng)答單元合并，時(shí)序狀態(tài)設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)如下：

READ:begin  //I2C通信時(shí)序中的讀操作READ和返回ACK的操作
        if(cnt <= 3'd6) begin   //共需要接收8bit的數(shù)據(jù)，這里控制循環(huán)的次數(shù)
            if(cnt_read >= 3'd3) begin cnt_read <= 1'b0; 
            cnt <= cnt + 1'b1; 
            end
            else begin cnt_read <= cnt_read + 1'b1; 
            cnt <= cnt; 
            end
        end else begin
            if(cnt_read >= 3'd7) begin cnt_read <= 1'b0; 
            cnt <= 1'b0; 
            end   //復(fù)位變量值
            else begin cnt_read <= cnt_read + 1'b1; 
            cnt <= cnt; 
            end
        end
        case(cnt_read)
            //按照I2C的時(shí)序接收數(shù)據(jù)
            3'd0:   begin scl <= 1'b0; 
            sda <= 1'bz; 
            end //SCL拉低，釋放SDA線
            3'd1:   begin scl <= 1'b1; 
            end  //SCL拉高，保持4.0us以上
            3'd2:   begin data_r[7-cnt] <= i2c_sda; 
            end //讀取從設(shè)備返回的數(shù)據(jù)
            3'd3:   begin scl <= 1'b0; 
            end  //SCL拉低，準(zhǔn)備接收下1bit的數(shù)據(jù)
            //向從設(shè)備發(fā)送響應(yīng)信號
            3'd4:   begin sda <= ack; 
            end   //發(fā)送響應(yīng)信號，將前面接收的數(shù)據(jù)鎖存
            3'd5:   begin scl <= 1'b1; 
            end  //SCL拉高，保持4.0us以上
            3'd6:   begin scl <= 1'b1; 
            end  //SCL拉高，保持4.0us以上
            3'd7:   begin scl <= 1'b0; 
            state <= state_back; 
            end //SCL拉低 
            default: state <= IDLE; //如果程序失控，進(jìn)入IDLE自復(fù)位狀態(tài)
        endcase
    end

停止時(shí)序狀態(tài)設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)如下：

STOP:begin  //I2C通信時(shí)序中的結(jié)束STOP
        if(cnt_stop >= 3'd5) cnt_stop <= 1'b0;  //對STOP中的子狀態(tài)執(zhí)行控制cnt_stop
        else cnt_stop <= cnt_stop + 1'b1;
        case(cnt_stop)
            3'd0:   begin sda <= 1'b0; 
            end  //SDA拉低，準(zhǔn)備STOP
            3'd1:   begin sda <= 1'b0; 
            end  //SDA拉低，準(zhǔn)備STOP
            3'd2:   begin scl <= 1'b1; 
            end  //SCL提前SDA拉高4.0us
            3'd3:   begin scl <= 1'b1; 
            end  //SCL提前SDA拉高4.0us
            3'd4:   begin sda <= 1'b1; 
            end  //SDA拉高
            3'd5:   begin sda <= 1'b1; 
            state <= state_back; 
            end //完成STOP操作
            default: state <= IDLE; //如果程序失控，進(jìn)入IDLE自復(fù)位狀態(tài)
        endcase
    end

基本單元都有了，接下來我們需要了解APDS-9901驅(qū)動的流程，手冊上看到APDS-9901芯片有很多寄存器，有的配置工作模式，有的配置功能使能，有的返回結(jié)果數(shù)據(jù)，這個(gè)需要大家自己查看芯片手冊，這里不作講解。

手冊給用戶提供了基本功能的C實(shí)例代碼，流程如下：

WriteRegData (0, 0); //Disable and Powerdown 
WriteRegData (1, 0xff); // 2.7 ms – minimum ALS integration time
WriteRegData (2, 0xff); // 2.7 ms – minimum Prox integration time
WriteRegData (3, 0xff); // 2.7 ms – minimum Wait time
WriteRegData (0xe, 1);  // Minimum prox pulse count
WriteRegData (0xf, 0x20); // CH1 Diode
WriteRegData (0,0x0f); //Enable WEN PEN AEN PON
Wait(12);  //Wait for 12 ms 
CH0_data = Read_Word(0x14); 
CH1_data = Read_Word(0x16); 
Prox_data = Read_Word(0x18);  
WriteRegData(uint8 reg, uint8 data) 
{ 
    m_I2CBus.WriteI2C(0x39, 0x80 | reg, 1, &data); 
} 
    uint16 Read_Word(uint8 reg)
{ 
    uint8 barr[2]; 
    m_I2CBus.ReadI2C(0x39, 0xA0 | reg, 2, ref barr); 
    return (uint16)(barr[0] + 256 * barr[1]); 
}

根據(jù)手冊提供的軟件操作流程，我們首先有7次向寄存器寫入數(shù)據(jù)的操作，按照時(shí)序

向regaddr地址寄存器中寫入數(shù)據(jù)regdata，程序?qū)崿F(xiàn)如下

4'd0:   begin state <= START; 
end   //I2C通信時(shí)序中的START
4'd1:   begin data_wr <= dev_addr<<1; 
state <= WRITE; 
end  //設(shè)備地址
4'd2:   begin data_wr <= reg_addr; 
state <= WRITE; end  //寄存器地址
4'd3:   begin data_wr <= reg_data; 
state <= WRITE; 
end  //寫入數(shù)據(jù)
4'd4:   begin state <= STOP; 
end    //I2C通信時(shí)序中的STOP

7次向寄存器寫入數(shù)據(jù)的操作需要7段上面的代碼，羅列起來程序不易讀，干脆我們將1次寫操作做成狀態(tài)機(jī)的一個(gè)狀態(tài)，這樣7次向寄存器寫入數(shù)據(jù)的操作只需要在這個(gè)狀態(tài)上循環(huán)執(zhí)行7次就好了，單詞寫操作狀態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)如下：

MODE1:begin //單次寫操作
        if(cnt_mode1 >= 4'd5) cnt_mode1 <= 1'b0;    //對START中的子狀態(tài)執(zhí)行控制cnt_start
        else cnt_mode1 <= cnt_mode1 + 1'b1;
        state_back <= MODE1;
        case(cnt_mode1)
            4'd0:   begin state <= START; end   //I2C通信時(shí)序中的START
            4'd1:   begin data_wr <= dev_addr<<1; state <= WRITE; end   //設(shè)備地址
            4'd2:   begin data_wr <= reg_addr; state <= WRITE; end  //寄存器地址
            4'd3:   begin data_wr <= reg_data; state <= WRITE; end  //寫入數(shù)據(jù)
            4'd4:   begin state <= STOP; end    //I2C通信時(shí)序中的STOP
            4'd5:   begin state <= MAIN; end    //返回MAIN
            default: state <= IDLE; //如果程序失控，進(jìn)入IDLE自復(fù)位狀態(tài)
        endcase
    end

同理兩字節(jié)數(shù)據(jù)連讀的操作也做成一個(gè)狀態(tài)

程序?qū)崿F(xiàn)如下：

MODE2:begin //兩次讀操作
        if(cnt_mode2 >= 4'd10) cnt_mode2 <= 1'b0;   //對START中的子狀態(tài)執(zhí)行控制cnt_start
        else cnt_mode2 <= cnt_mode2 + 1'b1;
        state_back <= MODE2;
        case(cnt_mode2)
            4'd0:   begin state <= START; end   //I2C通信時(shí)序中的START
            4'd1:   begin data_wr <= dev_addr<<1; state <= WRITE; end   //設(shè)備地址
            4'd2:   begin data_wr <= reg_addr; state <= WRITE; end  //寄存器地址
            4'd3:   begin state <= START; end   //I2C通信時(shí)序中的START
            4'd4:   begin data_wr <= (dev_addr<<1)|8'h01; state <= WRITE; end//設(shè)備地址
            4'd5:   begin ack <= ACK; state <= READ; end    //讀寄存器數(shù)據(jù)
            4'd6:   begin dat_l <= data_r; end
            4'd7:   begin ack <= NACK; state <= READ; end   //讀寄存器數(shù)據(jù)
            4'd8:   begin dat_h <= data_r; end
            4'd9:   begin state <= STOP; end    //I2C通信時(shí)序中的STOP
            4'd10:  begin state <= MAIN; end    //返回MAIN
            default: state <= IDLE; //如果程序失控，進(jìn)入IDLE自復(fù)位狀態(tài)
        endcase
    end

因?yàn)橛玫窖訒r(shí)，也設(shè)計(jì)成一個(gè)狀態(tài)，程序?qū)崿F(xiàn)如下：

DELAY:begin //延時(shí)模塊
        if(cnt_delay >= num_delay) begin
            cnt_delay <= 1'b0;
            state <= MAIN; 
        end else cnt_delay <= cnt_delay + 1'b1;
    end

最后我們編程控制狀態(tài)機(jī)按照驅(qū)動例程代碼中流程運(yùn)行，程序?qū)崿F(xiàn)如下：

4'd0:   begin dev_addr<=7'h39;reg_addr<=8'h80|8'h00;reg_data<=8'h00;state<=MODE1; end 
4'd1:   begin dev_addr<=7'h39;reg_addr<=8'h80|8'h01;reg_data<=8'hff;state<=MODE1; end 
4'd2:   begin dev_addr<=7'h39;reg_addr<=8'h80|8'h02;reg_data<=8'hff;state<=MODE1; end 
4'd3:   begin dev_addr<=7'h39;reg_addr<=8'h80|8'h03;reg_data<=8'hff;state<=MODE1; end 
4'd4:   begin dev_addr<=7'h39;reg_addr<=8'h80|8'h0e;reg_data<=8'h01;state<=MODE1; end 
4'd5:   begin dev_addr<=7'h39;reg_addr<=8'h80|8'h0f;reg_data<=8'h20;state<=MODE1; end 
4'd6:   begin dev_addr<=7'h39;reg_addr<=8'h80|8'h00;reg_data<=8'h0f;state<=MODE1; end 
4'd7:   begin state <= DELAY; dat_valid <= 1'b0; end    //12ms延時(shí)
4'd8:   begin dev_addr <= 7'h39; reg_addr <= 8'ha0|8'h14;  state <= MODE2; end 
4'd9:   begin ch0_dat <= {dat_h,dat_l}; end //讀取數(shù)據(jù)
4'd10:  begin dev_addr <= 7'h39; reg_addr <= 8'ha0|8'h16;  state <= MODE2; end 
4'd11:  begin ch1_dat <= {dat_h,dat_l}; end //讀取數(shù)據(jù)
4'd12:  begin dev_addr <= 7'h39; reg_addr <= 8'ha0|8'h18;  state <= MODE2; end  
4'd13:  begin prox_dat <= {dat_h,dat_l}; end    //讀取數(shù)據(jù)
4'd14:  begin dat_valid <= 1'b1; end    //讀取數(shù)據(jù)

程序中我們做了一個(gè)簡單的濾波處理，為了保證數(shù)據(jù)的有效，將瞬間變化太大的采樣數(shù)據(jù)舍棄，程序?qū)崿F(xiàn)如下：

reg [15:0] prox_dat0,prox_dat1,prox_dat2;
always @(posedge dat_valid) begin
    prox_dat0 <= prox_dat;
    prox_dat1 <= prox_dat0;
    if(((prox_dat1-prox_dat0) >= 16'h200)||((prox_dat1-prox_dat0) >= 16'h200)) prox_dat2 <= prox_dat2;
    else prox_dat2 <= prox_dat0;
    end

我們從傳感器讀取的距離信息為16位數(shù)據(jù)，有效范圍Full Scale ADC Counts為0~1023，對應(yīng)0到16‘h3ff，可以設(shè)置一個(gè)閾值，當(dāng)采樣回來的數(shù)據(jù)與閾值比較控制手機(jī)屏幕的顯示與否，本實(shí)驗(yàn)要求用能量條的方式顯示距離的遠(yuǎn)近，我們設(shè)計(jì)一個(gè)編碼器將0到16‘h3ff的范圍控制8個(gè)led燈的控制，程序?qū)崿F(xiàn)如下：

always@(prox_dat2[9:7])
    case (prox_dat2[9:7])
        3'b000: Y_out = 8'b11111110;
        3'b001: Y_out = 8'b11111100;
        3'b010: Y_out = 8'b11111000;
        3'b011: Y_out = 8'b11110000;
        3'b100: Y_out = 8'b11100000;
        3'b101: Y_out = 8'b11000000;
        3'b110: Y_out = 8'b10000000;
        3'b111: Y_out = 8'b00000000;
        default:Y_out = 8'b11111111;
    endcase

在頂層設(shè)計(jì)中例化兩個(gè)模塊，將信號連接，程序?qū)崿F(xiàn)如下：

wire dat_valid;
wire [15:0] ch0_dat, ch1_dat, prox_dat;
APDS_9901_Driver u1(
.clk            (clk            ),  //系統(tǒng)時(shí)鐘
.rst_n          (rst_n          ),  //系統(tǒng)復(fù)位，低有效
.i2c_scl        (i2c_scl        ),  //I2C總線SCL
.i2c_sda        (i2c_sda        ),  //I2C總線SDA
.dat_valid      (dat_valid      ),  //數(shù)據(jù)有效脈沖
.ch0_dat        (ch0_dat        ),  //ALS數(shù)據(jù)
.ch1_dat        (ch1_dat        ),  //IR數(shù)據(jù)
.prox_dat       (prox_dat       )   //Prox數(shù)據(jù)
); 
Decoder u2(.dat_valid      (dat_valid      ),
.prox_dat       (prox_dat       ),
.Y_out          (led            )
);

綜合后的設(shè)計(jì)框圖如下：

1. 雙擊打開Quartus Prime工具軟件；
2. 新建工程：File → New Project Wizard（工程命名，工程目錄選擇，設(shè)備型號選擇，EDA工具選擇）；
3. 新建文件：File → New → Verilog HDL File，鍵入設(shè)計(jì)代碼并保存；
4. 設(shè)計(jì)綜合：雙擊Tasks窗口頁面下的Analysis & Synthesis對代碼進(jìn)行綜合；
5. 管腳約束：Assignments → Assignment Editor，根據(jù)項(xiàng)目需求分配管腳；
6. 設(shè)計(jì)編譯：雙擊Tasks窗口頁面下的Compile Design對設(shè)計(jì)進(jìn)行整體編譯并生成配置文件；
7. 程序燒錄：點(diǎn)擊Tools → Programmer打開配置工具，Program進(jìn)行下載；
8. 觀察設(shè)計(jì)運(yùn)行結(jié)果。

將設(shè)計(jì)加載到FPGA，手指在接近光傳感器上下移動，觀察核心板上8個(gè)LED燈的狀態(tài)，APDS-9901還是環(huán)境光傳感器，有興趣的同學(xué)可以嘗試一下其他應(yīng)用。