基于FPGA的IIC程序设计

        IIC通信协议在实际的工程项目中应用很多，作为一名FPGA工程师是必须要掌握IIC，下面就开始学习吧，let's go！

       第一，E2PROM简介

      作为初学者会购买一块FPGA开发板进行学习，开发板上一般都有E2PROM这个器件设备，该设备就是通过IIC协议进行通信的。

        EEPROM (E2PROM，Electrically Erasable Progammable Read Only Memory)即电可擦除可编程只读存储器，是一种常用的非易失性存储器。

      我自己手里的开发板搭载的E2PROM型号AT24C64的，芯片管脚如下图所示。

第二，IIC通信协议简介

IIC (I2C，Inter－Integrated Circuit)即集成电路总线，是一种两线式串行总线，由PHILIPS公司开发用于连接微控制器及其外围设备。多用于主机和从机在数据量不大且传输距离短的场合下的主从通信。

I2C总线由数据线SDA和时钟线SCL构成通信线路，既可用于发送数据，也可接收数据。

I2C的通信速度：

标准模式：100Kbit/s   

快速模式：400kbit/s  

高速模式：3.4Mbit/s

I2C的通信方式：

IIC是半双工通信方式。

I2C的写时序图

从上图可以知道，完成一条写操作，包含 START、DEVICE_ADDRESS（设备地址写）、FIRST_word_ADDRESS(通常叫做寄存器高地址)、 SECOND_WORS_ADDRESS(通常叫做寄存器低地址)、DATA、STOP组成。

                                                         I2C的写时序图

 

 从上图可以知道，完成一条读操作，包含 START、DEVICE_ADDRESS（设备地址写）、FIRST_word_ADDRESS(通常叫做寄存器高地址)、 SECOND_WORS_ADDRESS(通常叫做寄存器低地址)、START、DEVICE_ADDRESS（设备地址读）、RD_DATA、STOP组成。

 

从读写时序图中，我们可以发现一个规律，每次发送8bit数据中间都会跟着发送1bit的ACK或者NoACK，我们可以总结一个结论就是IIC是按照9bit为一个整体进行发送。 

START和STOP的实现如下图所示。

 

 START:当SCL信号为高电电平时，SDA数据线由高拉低，代表START；

 STOP：当SCL信号为高电平时，SDA数据线由低拉高，代表STOP。

明白IIC的重要知识后，下面就开始设计程序，该程序可以通过串口下发指令实时的对E2PROM进行读写操作，并在串口助手上可以显示结果。

 

IIC_IP的程序采用三段式状态机方式实现，状态转移图如下所示。

 

 

 

 

• 1. i2c_ip程序接口

名称	方向	位宽	说明
clk	I	1	工作时钟25M
reset	I	1	复位信号（active high）
scl	O	1	I2c的时钟信号
sda	IO	1	I2c的数据信号
i2c_cmd_done	O	1	I2c传输完成信号
i2c_addr	I	16	I2c寄存器地址
i2c_wr_data	I	8	I2c写数据
i2x_rd_valid_en	O	1	I2c读取数据的有效信号
i2c_bit_ctrl	I	1	I2c选择16bit or 8bit 控制信号
i2c_rw_ctrl	I	1	I2c读写控制信号（1：read  0:write）
i2c_cmd_en	O	1	I2c命令使能信号

 I2C的写时序仿真结果

 

 I2C的读时序仿真结果