文档介绍：研究生课程设计
论文题目: 基于FPGA的模拟IIC接口设计与实现
课程名称: FPGA及片上系统SOPC应用
任课教师: 宋树祥(教授) 殷严刚(讲师)
学院: 电子工程学院
班级: 12 级电子与通信工程
学号: 2012011xxxx
姓名: xxx
2012 年 12 月 30 日
目录
1 IIC 总线特点及工作原理概述 3
IIC总线特点 4
IIC总线工作原理 4
4
总线基本操作 5
控制字节 6
写操作 6
读操作 6
7位的地址格式介绍 7
2 IIC模块的硬、软件设计 9
IIC模块硬件设计 9
分频模块设计(Division_1_500HZ) 9
IIC总线接口模块设计(IIC_Interface_Bus) 10
显示模块设计(Led_Seg_Display) 10
硬件模块总体设计思想及总体电路原理图 11
IIC模块的verilog HDL代码设计 12
3 IIC接口模块的功能实物测试(基于EP2C20Q240C8) 14
4 IIC接口模块设计的改进 16
参考文献 17
附录部分源代码 18
基于FPGA的模拟IIC接口设计与实现
摘要:本文简述了IIC总线的特点;介绍了基于FPGA 的模拟IIC总线接口模块的设计思想;设计并编写了基于Verilog HDL语言来实现部分IIC总线接口功能的程序代码,同时给出了基于目标板的硬件实物测试图。
关键词:IIC 总线接口 FPGA Verilog HDL EP2C20Q240C8
在进行FPGA的开发时,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。IIC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。目前针对IIC总线的相关开发的资料都是利用VHDL语言或AHDL语言实现的。本文设计的IIC 总线模块是利用Verilog HDL 语言来实现的。
1 IIC 总线特点及工作原理概述
IIC(Inter-Integrated Circuit,内置集成电路总线)总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。IIC总线产生于在80年代,最初为音频和视频设备开发,如今主要在服务器管理中使用,其中包括单个组件状态的通信。例如管理员可对各个组件进行查询,以管理系统的配置或掌握组件的功能状态,如电源和系统风扇。可随时监控内存、硬盘、网络、系统温度等多个参数,增加了系统的安全性,方便了管理。
IIC总线特点
IIC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IIC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。IIC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。当然,在任何时间点上只能有一个主控。
[1]
IIC总线工作原理
图1 具有多主机的IIC总线的系统结构
IIC总线的系统结构如图1所示。IIC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,IIC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。[2]
IIC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