13.4 实验原理
13.4.1 ADXL345模块介绍
SHT-30是一款超低功耗三轴加速度计，分辨率13位，测量范围-16g~16g。采用3mm x 5mm贴片LGA封装，数字I2C总线接口，管脚功能描述如下：
13.4.2 SHT-30模块连接
STEP BaseBoard V4.0底板上的加速度传感器ADXL345模块电路图如下（上拉电阻未显示）：
上图为加速度传感器ADXL345模块电路，与FPGA硬件接口有I2C总线（SCL、SDA）。
13.4.3 ADXL345模块驱动设计
智能接近系统设计实验中我们已经讲述学习过I2C总线驱动的设计，本实验可以在原来的基础上调整，首先来了解ADXL345时序中的参数要点。
通过ADXL345时序参数了解，SHT-30支持I2C通信最大400KHz模式。
- 分频得到400KHz的时钟，程序实现同智能接近系统设计实验。
I2C时序基本单元（启动、停止、发送、接收、发应答、读应答）协议里统一的，所以所以基本单元状态的设计也是不需要调整的。
- 启动时序状态设计程序实现同智能接近系统设计实验。
- 发送单元和读应答单元合并，时序状态设计程序实现同智能接近系统设计实验。
- 接收单元和写应答单元合并，时序状态设计程序实现同智能接近系统设计实验。
- 停止时序状态设计程序实现同智能接近系统设计实验。
ADXL345驱动的流程，手册上看到SHT-30芯片有很多指令，指令列表可查看数据手册。
寄存器复位：
ADXL345驱动首先进行配置，也就是往寄存器写数据，这里一般我们要先配置数据格式控制寄存器DATA_FORMAT（0x31），数据速率及功率模式配置寄存器BW_RATE(0x2C)，省电特性控制字POWER_CTL(0x2D)。这些寄存器配置完成后ADXL345进入工作模式。
程序实现如下：
MODE1:begin //单次写操作
if(cnt_mode1 >= 4'd5) cnt_mode1 <= 1'b0; //对START中的子状态执行控制cnt_start
else cnt_mode1 <= cnt_mode1 + 1'b1;
state_back <= MODE1;
case(cnt_mode1)
4'd0: begin state <= START; end //I2C通信时序中的START
4'd1: begin data_wr <= dev_addr<<1; state <= WRITE; end //设备地址
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 //写入数据
4'd4: begin state <= STOP; end //I2C通信时序中的STOP
4'd5: begin state <= MAIN; end //返回MAIN
default: state <= IDLE; //如果程序失控，进入IDLE自复位状态
endcase
end
数据读取：
读数据部分，程序实现如下：
MODE2:begin //两次读操作
if(cnt_mode2 >= 4'd10) cnt_mode2 <= 1'b0; //对START中的子状态执行控制cnt_start
else cnt_mode2 <= cnt_mode2 + 1'b1;
state_back <= MODE2;
case(cnt_mode2)
4'd0: begin state <= START; end //I2C通信时序中的START
4'd1: begin data_wr <= dev_addr<<1; state <= WRITE; end //设备地址
4'd2: begin data_wr <= reg_addr; state <= WRITE; end //寄存器地址
4'd3: begin state <= START; end //I2C通信时序中的START
4'd4: begin data_wr <= (dev_addr<<1)|8'h01; state <= WRITE; end //设备地址
4'd5: begin ack <= ACK; state <= READ; end //读寄存器数据
4'd6: begin dat_l <= data_r; end
4'd7: begin ack <= NACK; state <= READ; end //读寄存器数据
4'd8: begin dat_h <= data_r; end
4'd9: begin state <= STOP; end //I2C通信时序中的STOP
4'd10: begin state <= MAIN; end //返回MAIN
default: state <= IDLE; //如果程序失控，进入IDLE自复位状态
endcase
end
最后我们编程控制状态机按照驱动例程代码中流程运行，程序实现如下：
MAIN:begin
if(cnt_main >= 4'd10) cnt_main <= 4'd3; //写完控制指令后循环读数据
else cnt_main <= cnt_main + 1'b1;
case(cnt_main)
4'd0: begin dev_addr <= 7'h53; reg_addr <= 8'h31; reg_data <= 8'h09; state <= MODE1; end //写入配置
4'd1: begin dev_addr <= 7'h53; reg_addr <= 8'h2c; reg_data <= 8'h0a; state <= MODE1; end //写入配置
4'd2: begin dev_addr <= 7'h53; reg_addr <= 8'h2d; reg_data <= 8'h08; state <= MODE1; end //写入配置
4'd3: begin state <= DELAY; num_delay <= 24'd1_440_000;data_valid <= 1'b0; end //120ms延时
4'd4: begin dev_addr <= 7'h53; reg_addr <= 8'h32; state <= MODE2; end //读取配置
4'd5: begin x_dat<= {dat_h,dat_l}; end //读取数据
4'd6: begin dev_addr <= 7'h53; reg_addr <= 8'h34; state <= MODE2; end //读取配置
4'd7: begin y_dat <= {dat_h,dat_l}; end //读取数据
4'd8: begin dev_addr <= 7'h53; reg_addr <= 8'h36; state <= MODE2; end //读取配置
4'd9: begin z_dat <= {dat_h,dat_l}; end //读取数据
4'd10: begin data_valid <= 1'b1; end //读取数据
default: state <= IDLE; //如果程序失控，进入IDLE自复位状态
endcase
end
13.4.4 系统总体实现
ADXL345驱动模块得到的是X、Y、Z三个方向的，有效位数13位，我们把其中一路显示在数码管上，首先要对数据进行BCD转码。
BCD转码在前面电压器实验中介绍过，这里直接例化，程序实现如下：
//进行BCD转码处理
//小数点在BCD码基础上左移2位，完成除以100的操作
//T_data_bcd[19:16]百位,[15:12]十位,[11:8]个位,[7:0]两个小数位
wire [19:0] data_bcd;
bin_to_bcd u1
(
.rst_n (rst_n ), //系统复位，低有效
.bin_code (data_bin ), //需要进行BCD转码的二进制数据
.bcd_code (data_bcd ) //转码后的BCD码型数据输出
);
//要显示的数据,保留1位小数
assign data_out = (data_in[12])? {4'ha,data_bcd[15:0]}:data_bcd[19:0];
//数据显示使能，高位消零
assign dat_en[4] = |data_out[19:16]; //自或
//assign dat_en[2] = (data_in[12])?(|data_out[11:8]):(|data_out[15:8]);
assign dat_en[7:5] = 3'b000;
assign dat_en[3:0] = 4'b1111;
//小数点显示使能
assign dot_en[7:0] = 8'b0000_0000;
综合后的设计框图如下：
