摘要：最近在做FPGA视觉机器人，考虑到晚上机器人视线不好，萌发了给机器人做一个小型灯补光的想法。咱是机器人肯定要整点智能的对不对，思来想去觉得环境光传感器是个不错的选择。
嘿嘿，行动派往往都是说做就做，从不拖拉。
首先查阅资料：
AP3216C是一个能够测量环境光强度和距离的整合型光感测距传感器。因其功耗低、控制简单、封装小而广泛应用于智能手机、电容式触摸屏、数码相机等领域。例如应用于智能手机上面检测环境光强度，用来实现自动背光控制，以及接近开关控制（听筒靠近耳朵，手机自动灭屏功能）。
注：因为它是一种整合型多功能传感器，这种类型的传感器一般都会多种有不同的工作模式（AP3216C内部有一些寄存器，这些寄存器可以控制AP3216C的工作模式、中断方式以及采集数据等。）：
这么多模式，我们选择ALS+PS+IR模式，在该模式下AP3216C连续采集环境光照强度和距离值。上表中，地址0X00对应的是一个系统模式控制寄存器，我们在初始化的时候将它配置为011，这样就能开启ALS+PS+IR模式。其他6个寄存器我们用来存储采集到的数据（红外光强度、环境光强度、以及距离值）。AP3216C采用I2C总线协议与控制器（FPGA）进行通信，因此我们通过I2C协议实现对AP3216C
相关寄存器的配置和采集数据的读取。
接下来上某宝淘材料：
L298N驱动模块一个，LED灯若干，洞洞板一块，焊接成3*3的电灯板，建议焊接成并联电路，这样就不需要为电压不足而烦恼啦：
电路连接：将电灯板的正极接到驱动模块的OUT2，负极接到OUT1,驱动模块使能端口以及IN2接到开发板的两个排针（想用哪个排针在程序定义就好），通过改变这两个端口的逻辑，我们可以实现对LED进行亮灭。在这里有个点要提一下，驱动模块只有与开发板共地才能使用，很多初学的朋友会问，怎么共地，一般的驱动模块都是会有一个模块用电输入，和一个开发板供电的（5v的正负极，你只要把这个端口的GND接到开发板的GND就行了）。但是也有特殊情况，就是一些比较小的驱动模块是没有一个独立的开发板供电端口的，像我这个模块，比较小，所以他的用电输入与开发板供电是在一起的（3个口，+5V,GND,+12V），像我图片中圈中这样，这个时候你就要从GND这个口中多分出一条线，接到开发板上，另一条接电源的GND：
AP3216C环境光传感器：因为我的开发板自带了一个环境光传感器，所以无需另接。传感器里面集成了数字环境光传感器（Ambilent Light Sensor，ALS）、距离传感器（Proximity Sensor，PS）和一个红外LED（Infrared Radiation LED，IR LED）。
接下来就是程序设计：
FPGA通过IIC总线读取AP3216C采集的环境光，通过判断环境光光照强度值(als_data）控制LED灯亮灭。从而实现白天夜晚LED灯自动开关的功能。（另外通过ps_data的值可以测试感光器与物体距离远近） 注：（想看Robei程序代码的点这个链接，我已经将整个Robei生成的工程上传！！！）
在上面的工程中，我并没有设计测距效果模块，如果需要想要看看测距效果如何的朋友，new一个模块就好了。代码如下：
//led灯亮灭个数（4个）显示数据大小（距离的远近），这里的led灯不是焊接板的灯，而是开发板上的灯，可自调
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(rst_n == 1'b0) begin
led <= 4'd0;
end
else if(data < 10'd16) //这里的data例化的时候连接ap3216c模块的PS_data端口就行
led <= 4'b0001;
else if(data < 10'd128)
led <= 4'b0011;
else if(data < 10'd512)
led <= 4'b0111;
else
led <= 4'b1111;
end
考虑到下载文件不方便，我将核心模块ap3216c模块Verilog代码放在这里：
module ap3216c(
clk, //ap3216c模块主要用来测量环境光照强度和距离值
rst_n,
i2c_data_r,
i2c_done,
i2c_rh_wl,
i2c_exec,
i2c_addr,
i2c_data_w,
als_data,
ps_data);
//---Ports declearation: generated by Robei---
input clk;
input rst_n;
input [7:0] i2c_data_r;
input i2c_done;
output i2c_rh_wl;
output i2c_exec;
output [15:0] i2c_addr;
output [7:0] i2c_data_w;
output [15:0] als_data;
output [9:0] ps_data;
wire clk;
wire rst_n;
wire [7:0] i2c_data_r;
wire i2c_done;
reg i2c_rh_wl;
reg i2c_exec;
reg [15:0] i2c_addr;
reg [7:0] i2c_data_w;
reg [15:0] als_data;
reg [9:0] ps_data;
//----Code starts here: integrated by Robei-----
parameter TIME_PS = 14'd12_500 ; // PS转换时间为12.5ms(clk = 1MHz)
parameter TIME_ALS = 17'd100_000 ; // ALS转换时间为100ms(clk = 1MHz)
parameter TIME_REST = 8'd2 ; // 停止后重新开始的时间间隔控制
//reg define
reg [ 3:0] flow_cnt ; // 状态流控制
reg [18:0] wait_cnt ; // 计数等待
reg [15:0] als_data_t ; // ALS的临时数据
reg als_done ; // 环境光照强度值采集完成信号
reg [ 9:0] ps_data_t ; // PS的临时数据
reg ir_of ; // 溢出标志（判断ps_data是否有效）
reg obj ; // 物体状态标志（0远离1靠近）
//配置AP3216C并读取数据
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
i2c_exec <= 1'b0;
i2c_addr <= 8'd0;
i2c_rh_wl <= 1'b0;
i2c_data_w <= 8'h0;
flow_cnt <= 4'd0;
wait_cnt <= 18'd0;
ps_data <= 10'd0;
ps_data_t <= 10'd0;
ir_of <= 1'b0;
obj <= 1'b0;
als_done <= 1'b0;
als_data_t <= 16'd0;
end
else begin
i2c_exec <= 1'b0;
case(flow_cnt)
//初始化AP3216C
4'd0: begin
if(wait_cnt == 18'd100) begin
wait_cnt <= 18'd0;
flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
end
else
wait_cnt <= wait_cnt +1'b1;
end
//配置AP3216C的功能模式
4'd1: begin
i2c_exec <= 1'b1 ;
i2c_rh_wl <= 1'b0 ;
i2c_addr <= 8'h00; // 配置系统寄存器
i2c_data_w <= 8'h03; // 激活ALS+PS+IR 功能
flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
end
//配置完成
4'd2: begin
if(i2c_done)
flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
end
//等待PS转换完成（12.5ms）
4'd3: begin
if(wait_cnt == TIME_PS) begin
wait_cnt <= 18'd0;
flow_cnt <= flow_cnt + 1'd1;
end
else
wait_cnt <= wait_cnt + 1'b1;
end
//预读PS Data Register(0x0E）
4'd4: begin
i2c_exec <= 1'b1;
i2c_rh_wl<= 1'b1;
i2c_addr <= 8'h0E;
flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
end
//读PS Data Register(0x0E）
4'd5: begin
if(i2c_done) begin
flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
ps_data_t[3:0] <= i2c_data_r[3:0];
ir_of <= i2c_data_r[6] ;
obj <= i2c_data_r[7] ;
end
end
//等待一段时间以进行下一次读写
4'd6: begin
if(wait_cnt == TIME_REST) begin//TIME_REST
wait_cnt <= 18'd0;
flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
end
else
wait_cnt <= wait_cnt +1'b1;
end
//预读PS Data Register(0x0F）
4'd7: begin
i2c_exec <= 1'b1;
i2c_rh_wl<= 1'b1;
i2c_addr <= 8'h0F;
flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
end
//读PS Data Register(0x0F）
4'd8: begin
if(i2c_done) begin
flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
ps_data_t[9:4] <= i2c_data_r[5:0];
ir_of <= i2c_data_r[6] ;
obj <= i2c_data_r[7] ;
end
end
//等待ALS转换完成（100ms）
4'd9: begin
if(wait_cnt == TIME_ALS) begin
wait_cnt <= 18'd0;
flow_cnt <= flow_cnt + 1'd1;
ps_data <= ps_data_t;
end
else
wait_cnt <= wait_cnt + 1'b1;
end
//预读ALS Data Register(0x0C）
4'd10: begin
i2c_exec <= 1'b1;
i2c_rh_wl<= 1'b1;
i2c_addr <= 8'h0C;
flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
end
//读ALS Data Register(0x0C）
4'd11: begin
if(i2c_done) begin
als_done <= 1'b0;
als_data_t[7:0] <= i2c_data_r;
flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
end
end
//等待一段时间以进行下一次读写
4'd12: begin
if(wait_cnt == TIME_REST) begin
wait_cnt <= 18'd0;
flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
end
else
wait_cnt <= wait_cnt +1'b1;
end
//预读ALS Data Register(0x0D）
4'd13: begin
i2c_exec <= 1'b1;
i2c_rh_wl<= 1'b1;
i2c_addr <= 8'h0D;
flow_cnt <= flow_cnt + 1'b1;
end
//读ALS Data Register(0x0D）
4'd14: begin
if(i2c_done) begin
als_done <= 1'b1;
als_data_t[15:8] <= i2c_data_r;
flow_cnt <= 4'd3; //跳转到状态3重新读取数据
end
end
endcase
end
end
//当采集的环境光转换成光照强度(单位:lux)
always @ (*) begin
if(als_done)
als_data = als_data_t * 6'd35 / 7'd100;
end
endmodule //ap3216c
接下来将程序下载到开发板上来看一下实验效果：
注：因为我是在白天做这个实验，没有黑暗环境做实验条件，所以将开发板放抽屉里面，用手遮住传感器上方，这样模拟一下夜晚环境。
FPGA环境光传感器实验
