基于FPGA的模拟IIC接口设计与实现

时间:2025-07-15

本文论述了I2C总线的基本协议,以及基于FPGA 的模拟I2C总线接口模块的设计,在QuartusII软件中用Verilog HDL语言编写了部分I2C总线接口功能的程序代码,生成原理图模块。并连接好各个模块,进行了时序仿真。最后,下载到FPGA的板运行测试

研究生课程论文

课程名称授课学期 2012 学年至 2013 学年 第 一 学期 学

专 业 学姓

号 2012011603 名

任课教师 交稿日期 2013.01.10

阅读教师签名 日 期

广西师范大学研究生学院制

本文论述了I2C总线的基本协议,以及基于FPGA 的模拟I2C总线接口模块的设计,在QuartusII软件中用Verilog HDL语言编写了部分I2C总线接口功能的程序代码,生成原理图模块。并连接好各个模块,进行了时序仿真。最后,下载到FPGA的板运行测试

基于FPGA的模拟I2C接口设计与实现

摘要:本文论述了I2C总线的基本协议,以及基于FPGA 的模拟I2C总线接口模块的设计,在QuartusII软件中用Verilog HDL语言编写了部分I2C总线接口功能的程序代码,生成原理图模块。并连接好各个模块,进行了时序仿真。最后,下载到FPGA的板运行测试。 关键词:I2C 接口 FPGA Verilog

1 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,在FPGA上开发I2C势在必行。并且利用EDA 工具设计芯片实现系统的功能,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。模块化的设计思想在软件设计过程中越来越被重视。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。因此,基于FPGA的I2C总线设计有着广泛的应用前景。

本文论述了I2C总线的基本协议,以及基于FPGA 的模拟I2C总线接口模块的设计,在QuartusII软件中用Verilog HDL语言编写了部分I2C总线接口功能的程序代码,生成原理图模块。并连接好各个模块,进行了时序仿真。最后,下载到FPGA的板运行测试

2 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。

3 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。

3.1 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

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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。

4 程序部分代码实现以及原理图分析

4.1 程序部分代码实现

由于代码比较长,在这里我们只简要介绍输入输出接口变量。I2C

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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 …… 此处隐藏:2573字,全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……

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