文章目录
- 前言
- 一、ZC-CLS381RGB简介
- 二、配置寄存器组
- 1.主控寄存器
- 2.检测速率寄存器
- 2.增益寄存器
- 2.颜色数据寄存器
- 三、状态转移图和信号波形图绘制
- 总结
前言
在现代工业生产中，颜色识别技术已经成为了一个非常重要的技术。颜色识别可以用于产品质量检测、物料分类、机器视觉等领域。本文将介绍如何使用FPGA结合ZC-CLS381RGB进行颜色识别。
本教程通过对采集到的图像信息中，R、G、B三个颜色分量的占比，来判断识别到的颜色信息。本教程只实现对红色、绿色、蓝色的识别，如果各位读者要想实现对其它色彩信息的识别，可根据三个色彩分量的占比来判断。
一、ZC-CLS381RGB简介
ZC-CLS381RGB是一款基于RGB三基色原理的颜色识别传感器。它可以通过对物体反射光的RGB三基色分量进行测量，来判断物体的颜色。该传感器具有高精度、快速响应、稳定性好等特点，广泛应用于自动化生产线、机器人、智能家居等领域。
二、配置寄存器组
ZC-CLS381RGB是一款RGB LED驱动器芯片，需要通过配置寄存器来让该模块正常工作。下面就对颜色识别需要配置的寄存器进行介绍。
1.主控寄存器
MAIN_CTRL Register是主控寄存器，下图是主控寄存器的配置介绍：
bit7~bit5，bit3，bit0：保留位（Reserved），使用时将这几位置0即可。
bit4：软件复位位（SW Reset），当该位被置1时，芯片会进行软件复位，即将所有寄存器的值恢复为默认值。在使用ZC-CLS381RGB时，如果出现异常情况，例如芯片无法正常工作或者输出异常，可以通过将SW Reset位置1来进行软件复位，以恢复芯片的正常工作状态。同时，在初始化芯片时，也可以通过将SW Reset位置1来确保芯片的寄存器值处于默认状态，以避免出现不可预期的问题。因此，初始化配置时，需要将该位置1。
bit2：颜色传感器模式位（CS Mode），该位置为1时，表示所有的光传感器通道都被激活，包括RGB（三原色）、IR（红外光）和COMP（环境光）。这意味着该传感器可以同时测量红、绿、蓝三种颜色的光线强度、红外线的强度以及环境光的强度，并将这些数据传输到寄存器中进行处理。初始化配置时，需将该位置为1。
bit1：环境光传感器/颜色传感器使能位（ALS/CS Enable），当该位置1时，表示使能环境光传感器和颜色传感器。在本设计中，需要使用到这两个传感器，因此在初始化时需要将该位置为1。
2.检测速率寄存器
ALS_CS_MEAS_RATE Register是环境光传感器和颜色传感器检测速率寄存器，下图是对该寄存器的配置介绍：
bit7、bit3：保留位（Reserved），使用时这两位需要置0。
bit6，bit5，bit4：环境光传感器和颜色传感器速率位（ALS/CS Resolution），初始化时设置{bit6,bit5,bit4}=100，利用最快的时间对采集到的数据进行转换。
bit2，bit1，bit0：环境光传感器和颜色传感器测量速率位（ALS/CS Measurement Rate），初始化设置{bit2,bit1,bit0}=000，利用最快的采集速率采集数据。
2.增益寄存器
ALS_CS_MEAS_RATE Register是环境光传感器和颜色传感器增益寄存器，下图是对该寄存器的配置介绍：
bit7~bit3：保留位（Reserved），使用时这两位需要置0。
bit2~bit0：环境光传感器和颜色传感器增益率位（Reserved），初始化时设置{bit2,bit1,bit0}=100，将增益率调到最大，以此增强信号的强度，使得信号更容易被检测到。
2.颜色数据寄存器
因为本教程采集的是红色、绿色、蓝色数据，芯片手册提供的寄存器组如下图所示：
0x0D、0x0E、0x0F分别表示绿色信息的低8位、中8位、高8位数据；0x10、0x11、0x12分别表示红色信息的低8位、中8位、高8位数据；0x13、0x14、0x15分别表示蓝色信息的低8位、中8位、高8位数据。在使用中，直接读取这些寄存器内的数据，然后拼接起来，即可得到红、绿、蓝色数据，再根据三个数据的占比，从而对采集到的物体颜色进行判断。
三、状态转移图和信号波形图绘制
在正式开始使用器件时，需要等待一段时间让器件稳定下来，如图所示：
待机唤醒时间最大为10ms，表示在测量的时候，两次获取数据的时间间隔最大为10ms。由于在数据手册内，未说明上电后直到模块稳定需要等待的时间，在这里我们人为设置上电等待的时间为20ms，给模块一个缓冲的时间，然后再对它进行配置。配置寄存器组信号波形图如下图所示：
其中，i2c_start作为i2c控制模块的开始信号，检测到该开始信号后，就开始配置寄存器，向各个寄存器内写入数据。综上绘制的i2c控制模块配置寄存器组的状态转移图如下图所示：
为了设计方便，对于50MHZ的系统时钟，将其分频为1MHZ的i2c驱动时钟用来驱动后续模块，同时令一个SCL时钟周期为4us，高电平持续时间为2us，低电平持续时间也为2us。这样设计的好处是，满足SCL高电平持续时间大于0.6us，SCL低电平持续时间大于1.3us。如下图所示：
综上，绘制的分频信号波形图如下图所示：
结合状态转移图，绘制的配置寄存器信号波形图如下图所示：
需要注意的是，配置寄存器组跳转条件为skip_en_0，这里配置的寄存器是向寄存器里面写入数据，总共需要配置三个，三个寄存器配置完成后，才能读出颜色数据。因此，step从0自增到1，必须要在cfg_num为3并且检测到结束信号的情况下进行。
总结
本章配置完成颜色识别所需的寄存器，下一章获取颜色数据并利用LED指示。
