FPGA构造IIC时序——switch1848为例

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VIP免费原创最新推荐文章于 2025-10-23 15:00:56 发布 3.8k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

IIC时序图主机读数据（接收）的时候，接收完一个字节，也就是8位接收完后，在SCL低电平时，拉高拉低SDA电平来作为应答位，拉低为0，应答，拉高为1，非应答，这里主机发应答位就不需要从机交出控制权哈，和上面不一样，直接就能控制SDA，可以说是，主机对SDA有绝对控制权。和上面过程类似，在主机控制的SCL低电平的时候，从机放数据在SDA，SCL高电平的时候，主机就读取从机控制的SDA的高低电平数据，总结：SCL低电平,从机控制SDA高低电平放数据，SCL高电平，主机读数据，循环8次，就接收一个字节。阅读详情

一.对IIC的时序理解

IIC接口是一种总线结构，只能有一个主控器件，挂在IIC的两根线上其余都为从器件。主控，发送数据和接收数据都由主器件控制。主控器件要遵从标准的IIC时序和从器件的芯片手册时序。标准的IIC时序的工作流程为：

       首先要发送数据，需要发送一个开始位，然后传送八位数据，从机在第九个时钟会回复一个应答信号主机可以选择继续发送数据和拉一个停止位。这是标准的IIC时序流程，这个时序还要和1848手册上的时序图做个对比。

       主机首先要发送一个起始位，然后发送要访问的7bits的设备ID，在1848电路中是由七个电阻上拉下拉决定ID值的，经过确认，ID值为1100000，但是一次要发送八个数据，最后bit是1就是读请求，0就是写请求。然后第九个时钟芯片在数据线SDA回复一个应答。然后发送24bit的要操作的寄存器值，每8bit从机都会回复一个ACK应答信号，发送完毕之后还要输入32bit的寄存器的数值随后接收应答之后，发送停止位。
       但是IIC时序，也有严格的时序要求。

开始位：

开始位的时序要求为：在SCL高电平期间，主机将数据线拉低，拉低的整个过程称为IIC的起始位。

停止位：

停止位是SCL高电平器，将数据线拉高，这个拉高的过程称为停止位。

发送数据的时：

发送数据，时钟沿的要求为，SCL高电平开始接收数据，在高电平达到之前，数据就要求稳定，在时钟SCL的低电平器件，允许数据线发生变化。
二.FPGA的原理设计

调用Ip核

控制模块在调用此IP核的时候，需要先装填好所有要发送的值，然后启动一次写使能信号，根据1848手册，共需要写入8个8bit的数据（1的设备地址3个寄存器地址4个数据），所以每次装填好数据之后等待忙线，当检测到IIC总线不忙的时候再启动下一次的写。一共需要写入四套数据，每套是8个8bit的数据。

三.软件仿真测试
1.首先看发送数据的第一个起始位：

起始位在最初的时候scl是高，数据线被主机拉低。我发送的第一个是设备地址C0也就是
1100000 0，数据在SCL上升沿到来之前已经被赋值上，到第九个时钟三态门的dir是低准备接收应答。数值都是对的也是符合时序要求的
2.再看看停止位：

dir为低的时候是三态门方向，可以看到，dir为低接收应答之后，再SCL为高的时候，SDA也拉高。这就开启了停止位。代表一次传输的8个8bit传输结束。
3.总体来看：

busy信号共BUSY了四段每次都传输32个8bit.符合胡佳顺师兄给的寄存器的值，这32个8bit 是：
memory_initialization_radix=16;

memory_initialization_vector=c0 38 60 09 00 0000 09 c0 38 64 08 00 00 00 08 c0 00 00 97 d0 60 00 01 c0 00 00 9f d0 60 00 01;是和STM32发的值是一样的。而且软仿的时候我都是一个一个查的，时序是符合逻辑和满足要发的数据都是对。可以说明，保证FPGA是按时序输出的数据。
四.程序源码
`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company:
// Engineer: fzh
//
// Create Date: 2018/01/23 20:34:23
// Design Name:
// Module Name: iic_drive
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

module iic_drive(
input clk,
input reset_n,

// 与控制器通信信号
input [31:0] slv_reg0,//地址

input [31:0] slv_reg1,//reg地址'
input [31:0] slv_reg1a,//reg地址'
input [31:0] slv_reg1b,//reg地址'

input [31:0] slv_reg2,//待发送的数据
input [31:0] slv_reg2a,//待发送的数据
input [31:0] slv_reg2b,//待发送的数据
input [31:0] slv_reg2c,//待发送的数据

input [31:0] slv_reg3,//写使能
input [31:0] slv_reg4,//读使能
output reg [ 7:0] iic_rddb,
output iic_busy,

// 外部信号
output iic_scl,
input iic_sda_in,
output sda_dir,
output sda_r
);

// SCL 分频系数
// 产生IIC时钟 100M/20K = 5000
parameter SCL_SUM = 13'd500;

// 仿真时
//parameter SCL_SUM = 13'd64;

//***************************************************************************************
// iic读写状态机

reg [12:0] scl_cnt;
always @ (posedge clk or negedge reset_n)
begin
if(reset_n == 1'b0)
scl_cnt <= 13'd0;
else if(scl_cnt < (SCL_SUM - 1))
scl_cnt <= scl_cnt + 1;
else
scl_cnt <= 13'd0;
end

// 不同的时钟阶段
assign iic_scl = (scl_cnt <= (SCL_SUM >> 1)); // 初始为高电平
wire scl_hs = (scl_cnt == 13'd1); // scl high start
wire scl_hc = (scl_cnt == ((SCL_SUM >> 1)-(SCL_SUM >> 2))); // scl high center
wire scl_ls = (scl_cnt == (SCL_SUM >> 1)); // scl low start
wire scl_lc = (scl_cnt == ((SCL_SUM >> 1)+(SCL_SUM >> 2))); // scl low center

//IIC状态机控