描述

全面的

我們稱之為 Pynq Instrument Cluster 是一種汽車混合儀表板，旨在成為 Xilinx 成本優化產品組合的平臺演示器，以及在 GDL 中為 Avnet 應用團隊內部的客戶應用程序開發構建塊的媒介。目的是展示使用 Python 為 Xilinx 設備開發軟件的簡便性，以及如何通過將硬件模塊連接到現有開發板來開發概念證明。這是一個正在進行的項目，預計將通過支持更多設備和硬件擴展來不斷增加其功能.

大量使用 Pynq-Z2 板上可用的 IO。

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硬件設計

我們得到了一些汽車步進電機、指示針和幾個報廢的儀表板面板。它們具有功能性，因此我們決定花一些時間構建一個機械結構來支持它們以及相應的指示燈。它最初是用雕刻的木頭制成的，這限制了很多功能。經過多次測試，它在 Fusion 360 中進行了重新設計，分為 4 個組裝塊，并用白色 PLA 3D 打印。這提供了一個穩定、實用且外觀更好的結構，并有助于開發基本的 3D 建模技能 :)

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1 / 2 ?集群的基本機械元件。

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對于第一個版本，決定使用 WS2812 neopixel LED，與實際集群中使用的傳統頂部 LED 相比，它具有多項優勢：

1. 無需驅動程序。
2. 鏈上的單個可尋址設備。
3. 用于編程的單一 I/O。
4. 單個單元中提供非常明亮的 LED 和 RGB 顏色。
5. Adam Taylor 的可用 IP。

盡管 55 個 LED 可以使用單個鏈進行編程，并且只需要來自 Zynq 的單個 GPIO，我們還是決定將鏈分成四個部分，這樣我們就可以進行 IP 復制，并稍微簡化布線和組織軟件中的映射。

為了展示 PS-PL 集成并利用 Zynq 器件中的大量邏輯資源，步進控制 IP 設計為在 PL 上運行，并且由于電機運行需要使用電平轉換器/電流驅動器在 5V。四個 L293D 器件被焊接在面包板上，并為其提供外部 5V 電源。

出于演示目的，使用 BLE 轉 UART 模塊將 Zynq 設備連接到在 MIT ai2 app inventor 平臺上開發的 Android 應用程序。該應用程序非常簡單，只需通過 BLE 連接將 ASCII 數據發送到模塊，模塊又通過 UART 與 Zynq 通信。這些 ASCII 數據然后由 Python 程序讀取，該程序在集群硬件上執行操作。我們可以更改 4 個刻度盤的背光顏色，打開和關閉信號燈和轉向燈，以及在面板印刷范圍內移動步進電機。

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1 / 3 ?四個用于 5V 步進電機的 L293D。

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Vivado 中的 Pynq Overlay 開發

最初，步進電機的 IP 僅在 PL 中開發、仿真和測試。幸運的是 PynqZ1 和 Z2 設計允許這樣做。IP 內核需要使用 USB 轉 UART 模塊，以便我們可以設置步進電機移動的角度和方向。步進控制的時鐘最初在 200 kHz 下進行了測試，該時鐘可以正常工作但速度很慢。在 400 和 500 kHz 下進行了進一步測試，這提供了更好的運動。

為了讓 PS 訪問新像素和電機控制 IP，添加了幾個 BRAM 接口和 AXI 到 BRAM 模塊。

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Jupyter 實驗室中的 Python 最終應用

允許對正在運行的設計進行快速疊加更新。

未來的升級/擴展

1. 計劃用閃亮的 Ultra96 V2 替換 Pynq-Z2。然而，我們仍然需要為步進電機提供 5V 電平轉換。

2.啟用中央顯示器和揚聲器。

3.添加內部/后置攝像頭。

4. 添加多個環境傳感器。

5. 支持運行 MicroBlaze 或 Arm Cortex 內核的 Spartan-7 設備，用于傳感器集成 C 代碼開發。