基于FPGA的模拟IIC接口设计与实现.doc

研究生课程论文 课程名称 基于FPGA的模拟IIC接口设计与实现 授课学期 2012 学年至 2013 学年 第 一 学期 学院 电子工程学院 专 业 电子与通信工程 学号 2012011603 姓名 任课教师 交稿日期 2013.01.10 成绩 阅读教师签名 日 期 广西师范大学研究生学院制基于FPGA的模拟I2C接口设计与实现 摘要：本文论述了I2C总线FPGA 的模拟I2C总线模块的设计Verilog HDL语言编写了部分I2C总线功能的程序关键词：I2CFPGA Verilog 课题研究意义、现状及应用分析 目前市场上主流的嵌入式设备主要是微处理器、DSP等，但FPGA以其独有的高抗干扰性、高安全性正在逐步取得开发公司的青睐，I2C势在必行。并且利用EDA 工具设计芯片实现系统功能已经成为支撑电子设计的通用平台，并逐步向支持系统级的设计方向发展。模块化在软件设计过程中越来越。I2C总线是Philips 公司推出的双向两线串行通讯标准，具有接口线少、通讯效率高等特点。 课题总体方案设计及功能模块介绍 本设计主要分三大模块，分别是I2C 总线接口模块、按键输入控制模块、数码管显示模块。I2C总线模块集成了I2C协议用于和总线相接EEPROM的通信；按键输入控制模块用于控制I2C模块的页读、页写、字节读、字节写功能；数码管显示模块用于显示通过I2C总线读取EEPROM中的数据。 I2C接口设计原理 I2C总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，减少了电路板的空间和芯片管脚的数量，降低了互联成本。总线的长度可高达25英尺，并且能够以10 Kbps的最大传输速率支持40个组件。I2C总线的另一个优点是，它支持多主控(multimastering)，其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主总线。一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。总线的构成I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。各种被控制电路均并联在这条总线上，但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作，所以每个电路和模块都有唯一的地址，在信息的传输过程中，I2C总线上并接的每一模块电路既是主控器（或被控器），又是发送器（或接收器），这取决于它所要完成的功能。CPU发出的控制信号分为地址码和控制量两部分，地址码用来选址，即接通需要控制的电路，确定控制的种类；控制量决定该调整的类别（如对比度、亮度等）及需要调整的量。这样，各控制电路虽然挂在同一条总线上，却彼此独立，互不相关。I2C总线在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。开始信号：SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。结束信号：SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。应答信号：接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由判断为受控单元出现故障。I2C模块可以划分为字节发送模块、字节接收模块、开始条件模块、停止条件模块。其中，字节发送模块、字节接收模块和停止条件模块为基本模块。在开始条件模块中，因为需要发送从器件地址，所以要调用字节发送模块module IIC_Interface_Bus( clk, rst_n, Syn_Sign, Byte_Write, Byte_Read, Page_Write, Page_Read, scl, sda, ackflag, outdata ); //A