前言

??本教程是基于FPGA的手勢識別實(shí)現(xiàn)教程，使用到的手勢識別模塊是PAJ7620U2，本文主要向各位讀者闡述如何通過I2C協(xié)議去喚醒該模塊，從模塊狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖、模塊波形圖的繪制，到最后代碼的編寫及驗(yàn)證，一步一步教會(huì)各位讀者如何利用FPGA去實(shí)現(xiàn)。
??下面我們簡單介紹一下該模塊，該模塊是在正點(diǎn)原子店鋪購買的，他們提供了利用STM32驅(qū)動(dòng)的手冊，但我們要通過FPGA進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此正點(diǎn)原子提供的手冊，我們可以粗略瀏覽一下，提取關(guān)鍵信息。其中，各位讀者需要注意的是：

??I2C接口支持的通信速率最高為400KHZ，我們的系統(tǒng)時(shí)鐘是50MHZ，因此必須進(jìn)行分頻操作。但是為了提高I2C代碼復(fù)用性，我們采用250KHZ速率通信，I2C驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘頻率采用1MHZ。同時(shí)我們可以看到，該模塊檢測的手勢姿勢有多種，本次我們檢測上、下、左、右四個(gè)姿勢就可以了，其它姿勢的檢測，讀者有興趣的話可以自行查看數(shù)據(jù)手冊完成配置。

一、喚醒操作簡介

??為什么要進(jìn)行喚醒操作呢？相信各位讀者會(huì)有這個(gè)疑問，我們根據(jù)PAJ7620U2芯片手冊，向各位讀者詳細(xì)闡述。我們先看一下初始化的步驟：

步驟一：上電，Vbus必須在Vdd之前上電；
步驟二：等待700us，讓PAJ7620U2穩(wěn)定；
步驟三：寫入從機(jī)ID或者是I2C讀取指令去喚醒。

??步驟一我們不用關(guān)注，這是生產(chǎn)廠家需要關(guān)注的問題，我們看后面兩個(gè)步驟。步驟二是在寫入前先等待700us，為了更好地提升模塊性能，這里我們等待1000us，因?yàn)樵撃K是通過I2C協(xié)議配置的，我們在初始狀態(tài)下等待1000us后，再跳轉(zhuǎn)到I2C開始狀態(tài)。步驟三，我們根據(jù)數(shù)據(jù)手冊：

根據(jù)這一個(gè)喚醒指令，I2C開始工作后，發(fā)送從機(jī)ID和一個(gè)W（WRITE）指令，從機(jī)ID如下：

因此發(fā)送的8bit指令為8’b1110_0110。

二、喚醒步驟

1.狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖繪制

??說明：初始狀態(tài)（IDLE），等待1000us后跳轉(zhuǎn)到開始狀態(tài)，在SCL為高電平時(shí)候，檢測到SDA由高電平變?yōu)榈碗娖剑撮_始工作，如圖所示：

??檢測到開始信號后，跳轉(zhuǎn)到發(fā)送從設(shè)備地址狀態(tài)，從設(shè)備地址為從設(shè)備ID+寫指令，即8’b1110_0110，該8bit指令發(fā)送完成后，跳轉(zhuǎn)到等待狀態(tài)，等待1000us完成，跳轉(zhuǎn)到結(jié)束狀態(tài)。再結(jié)束狀態(tài)下，在SCL為高電平時(shí)，檢測到SDA由低電平變?yōu)楦唠娖?，即表示結(jié)束。結(jié)束信號標(biāo)志如下圖所示：

??各位讀者需要注意的是，結(jié)束信號完成后，狀態(tài)由STOP狀態(tài)變?yōu)镮DLE狀態(tài)，在空閑狀態(tài)下，因?yàn)镾CL和SDA有外接上拉電阻的作用，電平會(huì)持續(xù)拉高。

2.模塊波形圖繪制

??首先，對系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行分頻操作，分頻出1MHZ的時(shí)鐘，用來驅(qū)動(dòng)I2C模塊運(yùn)行：

??i2c_clk就是我們分頻出來的，1MHZ的時(shí)鐘信號。接下來我們利用該時(shí)鐘信號驅(qū)動(dòng)后續(xù)三段式狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)。IDLE狀態(tài)如下：

??cnt_wait計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到最大值1000us時(shí)，狀態(tài)機(jī)跳轉(zhuǎn)到開始狀態(tài)。START狀態(tài)如下：

??在檢測到i2c_scl信號為高電平，i2c_sda信號下降沿時(shí)，狀態(tài)由開始狀態(tài)跳轉(zhuǎn)為發(fā)送從設(shè)備地址狀態(tài)。這里要注意的是，我們不直接用SDA信號的原因是，SDA是一個(gè)inout類型的信號，要借助三態(tài)門完成賦值，將SDA賦值給i2c_sda信號，我們通過對該信號操作，從而間接實(shí)現(xiàn)對SDA信號操作。SALVE_ADDR狀態(tài)如下：

??從設(shè)備地址發(fā)送完成，跳轉(zhuǎn)到等待狀態(tài)，等待1000us結(jié)束跳轉(zhuǎn)到STOP狀態(tài)，WAIT狀態(tài)和STOP狀態(tài)如下：

??在這里我們必須考慮引入兩個(gè)信號，一個(gè)是結(jié)束標(biāo)志信號i2c_end，一個(gè)是模式信號mode。引入mode信號的原因是，我們需要發(fā)送不同的指令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收及發(fā)送，因此這些操作有差異。我們本次的操作為喚醒操作，令mode=0，通過該信號，編寫代碼時(shí)，狀態(tài)跳轉(zhuǎn)就按喚醒操作來進(jìn)行，避免后續(xù)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響。

3.上板驗(yàn)證

??在這里我們直接上板抓取信號的波形，觀察波形變化情況，來判斷喚醒操作是否成功。設(shè)置如下：

??我們在這里抓取跳轉(zhuǎn)信號skip_en的上升沿，得到如下波形：

??我們發(fā)現(xiàn)，狀態(tài)在WAIT狀態(tài)持續(xù)拉高而不見拉低，因?yàn)樵赪AIT狀態(tài)下，需要延遲1000us，才跳轉(zhuǎn)到STOP狀態(tài)。因此我們需要更改一下觸發(fā)條件：

??在這里，抓取等待信號下降沿，即可查看后續(xù)波形。后續(xù)波形如下：

??結(jié)束信號拉高，模式信號自增1，表示我們喚醒操作結(jié)束，代碼編寫無誤。

4.參考代碼

#(
	parameter	SLAVE_ID	=	7'b111_0011		,
				SYS_CLK_FREQ=	26'd50_000_000	,
				SCL_FREQ	=	23'd250_000
)                                                                                                              
(
	input	wire			sys_clk		,
	input	wire			sys_rst_n	,
	
	output	wire			scl			,
	
	inout	wire			sda		
);

localparam	CNT_CLK_MAX		=	(SYS_CLK_FREQ/SCL_FREQ) >> 2'd3  ;
localparam	CNT_T1_MAX		=	'd1000  ,
			CNT_T2_MAX		=	'd1000	;
localparam	IDLE			=	'd0		,
			START			=	'd1		,
			SLAVE_ADDR		=	'd2		,
			WAIT			=	'd3		,
			STOP			=	'd4		;
			
reg		[4:0]	n_state		;
reg		[4:0]	c_state		;
reg		[4:0]	cnt_clk		;
reg				i2c_clk		;
reg				skip_en_1	;
reg		[9:0]	cnt_wait	;
reg				i2c_scl		;
reg				i2c_sda		;
reg				i2c_end		;
reg		[1:0]	cnt_i2c_clk	;
reg		[2:0]	cnt_bit		;
reg		[9:0]	cnt_delay	;
reg		[2:0]	mode		;
reg		[7:0]	slave_addr	;
reg		[7:0]	device_addr	;
reg		[7:0]	wr_addr		;
wire			sda_en		;
wire			sda_in		;

assign	scl		=	i2c_scl		;
assign	sda_in	=	sda			;
assign	sda_en	=	1'b1		;
assign	sda		=	(sda_en == 1'b1) ? i2c_sda : 1'bz  ;

always@(*)
	case(mode)
		3'd0	:	begin
						slave_addr	<=  {SLAVE_ID,1'b0}  ;	//激活
						device_addr	<=  8'd0  ;
						wr_addr		<=  8'd0  ;					
					end
		default	:	begin
						slave_addr	<=  slave_addr   ;			
						device_addr	<=	device_addr  ;	
						wr_addr		<=	wr_addr		 ; 
					end
    endcase

///生成i2c設(shè)備驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘/
always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		cnt_clk  <=  5'd0  ;
	else  if(cnt_clk == CNT_CLK_MAX - 1'b1)
		cnt_clk  <=  5'd0  ;
	else
		cnt_clk  <=  cnt_clk + 1'b1  ;	

always@(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		i2c_clk  <=  1'b0  ;
	else  if(cnt_clk == CNT_CLK_MAX - 1'b1)
		i2c_clk  <=  ~i2c_clk  ;
	else
		i2c_clk  <=  i2c_clk ;		
///

///狀態(tài)機(jī)第一段
always@(posedge i2c_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		c_state  <=  IDLE  ;
	else
		c_state  <=  n_state  ;
		
//狀態(tài)機(jī)第二段
always@(*)
	case(c_state)
		IDLE		:	if(skip_en_1 == 1'b1)
							n_state  <=  START  ;
						else
							n_state  <=  IDLE  ;
		START		:	if(skip_en_1 == 1'b1)
							n_state  <=  SLAVE_ADDR  ;
						else
							n_state  <=  START  ;
	    SLAVE_ADDR	:	if(skip_en_1 == 1'b1)
							n_state  <=  WAIT  ;
						else
							n_state  <=  SLAVE_ADDR  ;
		WAIT		:	if(skip_en_1 == 1'b1)
							n_state  <=  STOP  ;
						else
							n_state  <=  WAIT  ;
		STOP		:	if(skip_en_1 == 1'b1)
							n_state  <=  IDLE  ;
						else
							n_state  <=  STOP  ;
		default		:	n_state  <=  IDLE  ;
	endcase
		
///狀態(tài)機(jī)第三段///
always@(posedge i2c_clk or negedge sys_rst_n)
	if(sys_rst_n == 1'b0)
		begin
			cnt_wait  	<=  10'd0  	;
			skip_en_1	<=  1'b0    ;
			cnt_i2c_clk	<=  2'd0	;
			cnt_bit		<=  3'd0	;
			i2c_end		<=  1'b0	;
			mode		<=  3'd0	;
			cnt_delay	<=  10'd0	;
		end
	else
		case(c_state)
			IDLE		:begin
							if(cnt_wait == CNT_T1_MAX - 1'b1)
								cnt_wait  <=  10'd0  ;
							else
								cnt_wait  <=  cnt_wait + 1'b1  ;
							if((cnt_wait == CNT_T1_MAX - 2'd2)&&(mode == 3'd0))
								skip_en_1  <=  1'b1  ;
							else
								skip_en_1  <=  1'b0  ;
						 end
			START		:begin
							cnt_i2c_clk		<=  cnt_i2c_clk + 1'b1  ;
							if((cnt_i2c_clk == 2'd2)&&(mode == 3'd0))
								skip_en_1  <=  1'b1  ;
						    else
								skip_en_1  <=  1'b0  ;
						 end
			SLAVE_ADDR	:begin
							cnt_i2c_clk		<=  cnt_i2c_clk + 1'b1  ;
							if((cnt_i2c_clk == 2'd3)&&(cnt_bit == 3'd7))
								cnt_bit  <=  3'd0  ;
							else  if(cnt_i2c_clk == 2'd3)
								cnt_bit  <=  cnt_bit + 1'b1  ;
							else
								cnt_bit  <=  cnt_bit  ;
							if((cnt_i2c_clk == 2'd2)&&(cnt_bit == 3'd7)&&(mode == 3'd0))
								skip_en_1  <=  1'b1  ;
							else
								skip_en_1  <=  1'b0  ;
						 end
			WAIT		:begin
							cnt_delay  <=  cnt_delay + 1'b1  ;
							if(cnt_delay == CNT_T2_MAX - 2'd2)
								skip_en_1  <=  1'b1  ;
							else
								skip_en_1  <=  1'b0  ;
						 end
		    STOP		:begin
							cnt_i2c_clk  <=  cnt_i2c_clk + 1'b1  ;
							if(cnt_i2c_clk == 2'd2)
								i2c_end  <=  1'b1  ;
							else
								i2c_end  <=  1'b0  ;
							if((cnt_i2c_clk == 2'd2)&&(mode == 3'd0))
								skip_en_1  <=  1'b1  ;
							else
								skip_en_1  <=  1'b0  ;
							if(i2c_end == 1'b1)
								mode  <=  mode + 1'b1  ;
							else
								mode  <=  mode  ;
						 end
			default		:begin
							cnt_wait 	<=  10'd0	;
							skip_en_1	<=	1'b0	;
							cnt_i2c_clk	<=  2'd0	;
							cnt_bit		<=  3'd0	;
							i2c_end		<=  1'b0	;
							mode		<=  mode	;
							cnt_delay	<=  10'd0	;
						 end
		endcase
		
always@(*)
	case(c_state)
		IDLE		:	i2c_scl  <=  1'b1  ;
		START		:	if(cnt_i2c_clk == 2'd3)
							i2c_scl  <=  1'b0  ;
						else
							i2c_scl  <=  1'b1  ;
		SLAVE_ADDR:
						if((cnt_i2c_clk == 2'd1)||(cnt_i2c_clk == 2'd2))
							i2c_scl  <=  1'b1  ;
						else
							i2c_scl  <=  1'b0  ;
		WAIT		:	if((cnt_delay == 10'd0)||(cnt_delay == CNT_T2_MAX - 1'b1))
							i2c_scl  <=  1'b0  ;
						else
							i2c_scl  <=  1'b1  ;
		STOP		:	if(cnt_i2c_clk == 2'd0)
							i2c_scl  <=  1'b0  ;
						else
							i2c_scl  <=  1'b1  ;
	    default		:	i2c_scl  <=  1'b1  ;
	endcase
	
always@(*)
	case(c_state)
		IDLE		:	i2c_sda		<=  1'b1  ;
		START		:	if(cnt_i2c_clk == 2'd0)
							i2c_sda  <=  1'b1  ;
						else
							i2c_sda  <=  1'b0  ;
		SLAVE_ADDR	:	i2c_sda  <=  slave_addr[7-cnt_bit]  ;
		WAIT		:	i2c_sda  <=  1'b1  ;
		STOP		:	if((cnt_i2c_clk == 2'd0)||(cnt_i2c_clk == 2'd1))
							i2c_sda  <=  1'b0  ;
						else
							i2c_sda  <=  1'b1  ;
		default		:	i2c_sda  <=  1'b1  ;
	endcase

endmodule

總結(jié)

??該部分介紹了如何喚醒PAJ7620U2手勢識別模塊，當(dāng)然這只是配置該模塊其中一個(gè)很小的部分，各位讀者朋友可結(jié)合源碼和本教程波形圖和源碼，一步一步自行嘗試設(shè)計(jì)信號來驅(qū)動(dòng)驗(yàn)證。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-449442.html

到了這里，關(guān)于PAJ7620U2手勢識別——喚醒操作(1)的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！