在現代工業生產中，顏色識別技術已經成為了一個非常重要的技術。顏色識別可以用于產品質量檢測、物料分類、機器視覺等領域。本文將介紹如何使用FPGA結合ZC-CLS381RGB進行顏色識別。

本教程通過對采集到的圖像信息中，R、G、B三個顏色分量的占比，來判斷識別到的顏色信息。本教程只實現對紅色、綠色、藍色的識別，如果各位讀者要想實現對其它色彩信息的識別，可根據三個色彩分量的占比來判斷。

ZC-CLS381RGB簡介

ZC-CLS381RGB是一款基于RGB三基色原理的顏色識別傳感器。它可以通過對物體反射光的RGB三基色分量進行測量，來判斷物體的顏色。該傳感器具有高精度、快速響應、穩定性好等特點，廣泛應用于自動化生產線、機器人、智能家居等領域。

配置寄存器組

ZC-CLS381RGB是一款RGB LED驅動器芯片，需要通過配置寄存器來讓該模塊正常工作。下面就對顏色識別需要配置的寄存器進行介紹。

主控寄存器

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MAIN_CTRL Register是主控寄存器，下圖是主控寄存器的配置介紹：

? bit7~bit5，bit3，bit0：保留位（Reserved），使用時將這幾位置0即可。

? bit4：軟件復位位（SW Reset），當該位被置1時，芯片會進行軟件復位，即將所有寄存器的值恢復為默認值。在使用ZC-CLS381RGB時，如果出現異常情況，例如芯片無法正常工作或者輸出異常，可以通過將SW Reset位置1來進行軟件復位，以恢復芯片的正常工作狀態。同時，在初始化芯片時，也可以通過將SW Reset位置1來確保芯片的寄存器值處于默認狀態，以避免出現不可預期的問題。但是如果軟件復位位一直為高電平，模塊就無法正常采集顏色，一直處于復位狀態，如果要關閉該位則還需要發送一次指令。因此在本設計初始化時，將該位置為0，不啟用軟件復位。

? bit2：顏色傳感器模式位（CS Mode），該位置為1時，表示所有的光傳感器通道都被激活，包括RGB（三原色）、IR（紅外光）和COMP（環境光）。這意味著該傳感器可以同時測量紅、綠、藍三種顏色的光線強度、紅外線的強度以及環境光的強度，并將這些數據傳輸到寄存器中進行處理。初始化配置時，需將該位置為1。

? bit1：環境光傳感器/顏色傳感器使能位（ALS/CS Enable），當該位置1時，表示使能環境光傳感器和顏色傳感器。在本設計中，需要使用到這兩個傳感器，因此在初始化時需要將該位置為1。

檢測速率寄存器

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ALS_CS_MEAS_RATE Register是環境光傳感器和顏色傳感器檢測速率寄存器，下圖是對該寄存器的配置介紹：

?bit7、bit3：保留位（Reserved），使用時這兩位需要置0。

? bit6，bit5，bit4：環境光傳感器和顏色傳感器速率位（ALS/CS Resolution），初始化時設置{bit6,bit5,bit4}=100，利用最快的時間對采集到的數據進行轉換。

?bit2，bit1，bit0：環境光傳感器和顏色傳感器測量速率位（ALS/CS Measurement Rate），初始化設置{bit2,bit1,bit0}=000，利用最快的采集速率采集數據。

增益寄存器

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ALS_CS_MEAS_RATE Register是環境光傳感器和顏色傳感器增益寄存器，下圖是對該寄存器的配置介紹：

?bit7~bit3：保留位（Reserved），使用時這兩位需要置0。

? bit2~bit0：環境光傳感器和顏色傳感器增益率位（Reserved），初始化時設置{bit2,bit1,bit0}=100，將增益率調到最大，以此增強信號的強度，使得信號更容易被檢測到。

線上交流會

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因為本教程采集的是紅色、綠色、藍色數據，芯片手冊提供的寄存器組如下圖所示：

0x0D、0x0E、0x0F分別表示綠色信息的低8位、中8位、高8位數據；0x10、0x11、0x12分別表示紅色信息的低8位、中8位、高8位數據；0x13、0x14、0x15分別表示藍色信息的低8位、中8位、高8位數據。在使用中，直接讀取這些寄存器內的數據，然后拼接起來，即可得到紅、綠、藍色數據，再根據三個數據的占比，從而對采集到的物體顏色進行判斷。

狀態轉移圖和信號波形圖繪制

在正式開始使用器件時，需要等待一段時間讓器件穩定下來，如圖所示：

待機喚醒時間最大為10ms，表示在測量的時候，兩次獲取數據的時間間隔最大為10ms。由于在數據手冊內，未說明上電后直到模塊穩定需要等待的時間，在這里我們人為設置上電等待的時間為20ms，給模塊一個緩沖的時間，然后再對它進行配置。配置寄存器組信號波形圖如下圖所示：

其中，i2c_start作為i2c控制模塊的開始信號，檢測到該開始信號后，就開始配置寄存器，向各個寄存器內寫入數據。綜上繪制的i2c控制模塊配置寄存器組的狀態轉移圖如下圖所示：

為了設計方便，對于50MHZ的系統時鐘，將其分頻為1MHZ的i2c驅動時鐘用來驅動后續模塊，同時令一個SCL時鐘周期為4us，高電平持續時間為2us，低電平持續時間也為2us。這樣設計的好處是，滿足SCL高電平持續時間大于0.6us，SCL低電平持續時間大于1.3us。如下圖所示：

綜上，繪制的分頻信號波形圖如下圖所示：

結合狀態轉移圖，繪制的配置寄存器信號波形圖如下圖所示：

需要注意的是，配置寄存器組跳轉條件為skip_en_0，這里配置的寄存器是向寄存器里面寫入數據，總共需要配置三個，三個寄存器配置完成后，才能讀出顏色數據。因此，step從0自增到1，必須要在cfg_num為3并且檢測到結束信號的情況下進行。

審核編輯：劉清