电子的设计自动化课程的设计I2C控制器.doc

华北水利水电大学 North China University of Water Resources and Electric Power 电子设计自动化课程设计 题目I2C控制器 学院 信息工程学院 专业 电子信息工程 姓名 学号 指导教师 完成时间 2016.1.11 目录 摘要 1 引言 1 一．设计任务 2 1.1设计要求 2 1.2 设计目的 2 1.3 I2C总线简介 2 1.4 LM75A简介 2 二．系统设计详述 3 2.1系统总体方案设计 3 2.2电路原理图 4 三.系统硬件电路设计 4 3.1 温度采集电路设计 4 3.2 LM75A详述 4 四 6 4.1 IIC通信模块 7 4.2状态机的设计 8 4.3 温度显示模块 8 4.4 系统整合 9 五．仿真波形及说明 10 六．设计小组的分工及安排 10 七．收获和体会 11 八 12 附录： 12 摘要: 设计了一种基于FPGA和LM75A的温度测量系统。采用数字温度传感器LM75A检测环境温度，并利用LM75A自带的IIC总线接口传输数据，通过数码管将温度实时显示出来. 关键字: FPGA；LM75A ；IIC总线 引言： 目前温度测量主要通过单片机来实现控制. 但单片机是基于顺序语言的, 其描述过程繁琐, 信号采集频率受单片机时钟频率的限制, 难于实现高速的温度测量且不易在线修改. 由于传感器多数采用的是分立元件, 如热敏电阻、热电偶等, 精度很低, 远远不能满足实际使用所需要的高精度测温要求. 笔者采用集成温度传感器, 使传统传感器和集成电路融为一体, 极大地提高了传感器的性能, 具有测温精度高、复现性好、线性优良、体积小、热容量小、稳定性好、输出电信号大等优点. 更重要的是采用现场可编程门阵列(FPGA)实现温度测量比采用单片机大大改善了设计效果, 可实现高速的温度测量.文中阐述了FPGA 的实现方法及如何利用FPGA 器件实现多路温度测量. 由于FPGA 具有集成度高,高速、高效率, 内部有嵌入式阵列块等特点, 易于实现FIFO 和ROM , 可使整个温度测量系统主要由硬件实现. 一．设计任务 1.1设计要求： 利用VerilogHDL 设计I2C 控制模块，并在MagicSOPC 实验箱上实现。该控制模块，可以通过I2C 总线协议，实现总线数据传输，实现温度传感器LM75A 的基本操作，并将温度数值扫描显示到数码管上。 1.2 设计目的： 1. 了解串行总线 2. 熟悉I2C 协议 3. 学习LM75A 接口控制器编写 4. Singialtap 在线监测工具使用 1.3. I2C总线简介 I2C总线是一种由PHILIPS公司推出的两线式串行总线, 用于IC(IntegratedCircuit)器件之间的互连。它通过SDA(串行数据线)及SCL(串行时钟线)两根线在连到该总线上的器件之间传送信息, 并根据地址识别每个器件。每个器件有一个唯一的地址, 而且都可以作为一个发送器或接收器使用(由器件的功能决定)。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。I2C总线的另一个优点是, 它支持多主控制(multimastering), 其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主设备, 而当其从总线上接收信息时,又成为接收器(也叫从设备)。一个主控器能够控制信号的传输和时钟频率。在任何时间点上只能有一个主控器。[4]连接多个I2C总线设备的可能性意味着超过一个以上主机可以同时尝试初始化传输数据, 此时会产生仲裁过程进行总线使用权的裁决。SDA和SCL均为双向线路, 都通过一个上拉电阻连接到电源电压的正端, 当总线空闲时这两条线路都是高电平。连接到总线的器件是通过线与的功能互连的, 因此输出级应设计为漏极开路或集电极开路。I2C总线上数据的传输速率在标准模式下可达100kbit/s,在快速模式下可达400kbit/s, 在高速模式下可达3.4Mbit/s。[1] 1.4 LM75A简介 LM75A 数字温度传感器是一种内置带隙温度传感器, 应用Σ- △模数转换技术提供过热检测输出的温度监测器。LM75A 内部包含多个数据寄存器