FPGA有限状态机模拟I2C总线设计
基于FPGA的I2C控制器的实现
Ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ １ ２ Ｃ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＦＰＧＡ
Ｗ ＡＮＧ Ｌｏ ｎ ｇ－ｆ ｅ ｉ ， ＬＡＮＧ Ｂａ ｔ—ｈ ｕａ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｌ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ２ １ 机 技 术 与 发 展
ＣＯＭＰＵ ＴＥＲ ＴＥＣ ＨＮＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＤＥＶＥＬ ０Ｐ ＭＥＮＴ
２ ０ １ ３年 ３月
Ｖｏ１ ． ２ ３ Ｎｏ ． ３ Ｍａ ｒ ． ２０ｌ ３
基于 Ｆ Ｐ ＧＡ 的 １ ２ Ｃ控 制器 的 实现
王龙飞 ， 郎宝华
ｉ ｎ ｉ ｔ ｉ ｌ ａ ｉ ｚ ａ ｉ ｔ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｎｓ ａ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ， ｉ ｆ ｎ ｌ ａ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ Ｑｕ ａ ｒ ｔ ｕ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ｒｅ ａ ｆ ｏ ｒ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， ｈｅ ｔ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ｒ ｔ ｎｓ ａ ｍ ｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｉ ｅ ｓ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｐ ｕ ｒ ｐ ｏ ｓ ｅ ｉ ｓ ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｔ ｈ ｅ Ｉ ２Ｃ ｂ ｕ ｓ ， ｉ ｔ ｈ ａ ｓ ｈｅ ｔ ｉ ｎｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｃ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｒｏ ｔ ｌ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｐａ ｃ ｋ ａ ｇ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｍａ ｌ ｌ ， ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｌ ｎ ｕ－ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ ｅ ￣ ． ． ｄ。 ｅ ｒ ｅ， ｓ ｏ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈｅ Ｓ ＡＡ７ １ １ ３ ａ ｓ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｄ ｅ ｃ ｏ ｄ ｅ ｒ ｃ ｈ ｉ ｐ． Ｉ ｔ ｇ ｉ ｖｅ ｓ ａ矾 ｅ ｆ ａ ｃ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｉ ｍｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｉ ２ Ｃ ｂ ｕｓ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ 。 ｈｅ ｔ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｏ ｇ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｄ ｅ ｃ ｏ ｄ ｉ ｎ ｇ ｃ ｈ ｉ ｐ Ｓ ＡＡ７１ １ ３ ｗｏ ｒ ｋ ｓ ａ ｎｄ ａ ｓ ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｔ ｅ ｄ ｒ ｅ ｇ ｉ ｓ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｔ ， ｎｄ ａ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ Ｓ ＡＡ７ １ １ ３ ｉ ｎ ｉ — ｔ ｉ ｌｉ ａ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ａ ｃ ｈ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｆ Ｐ ＧＡ ， ｏ ｖ ｅ ｒ ｖ ｉ ｅ ｗｓ ｅ ａ ｃ ｈ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｏ ｆ ｈｅ ｔ Ｉ ２ Ｃ ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ， ｎｄ ａ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｒ ｅ ｇ ｉ ｓ ｔ ｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｉｇ ｆ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｃ ｈ ｉ ｐ
I2C总线原理及应用实例
I2C总线原理及应用实例I2C总线是一种串行通信总线，全称为Inter-Integrated Circuit，是Philips（飞利浦）公司在1982年推出的一种通信协议。
它可以用于连接各种集成电路（Integrated Circuits，ICs），如处理器、传感器、存储器等。
I2C总线的原理是基于主从架构。
主设备（Master）负责生成时钟信号，并发送和接收数据，从设备（Slave）通过地址识别和响应主设备的命令。
I2C总线使用两根线来传输数据，一根是时钟线（SCL），用于主设备生成的时钟信号；另一根是数据线（SDA），用于双向传输数据。
1. 主设备发送起始位（Start）信号，将SDA线从高电平拉低；然后通过SCL线发送时钟信号，用于同步通信。
2.主设备发送从设备的地址，从设备通过地址识别确定是否响应。
3.主设备发送要传输的数据到从设备，从设备响应确认信号。
4. 主设备可以继续发送数据，或者发送停止位（Stop）信号结束通信。
停止位是将SDA线从低电平拉高。
1.温度监测器：I2C总线可以连接到温度传感器上，通过读取传感器的输出数据，进行温度的监测和控制。
主设备可以设置警报阈值，当温度超过阈值时，可以触发相应的措施。
2.显示屏：很多智能设备上的显示屏都采用了I2C总线，如液晶显示屏（LCD）或有机发光二极管（OLED）等。
主设备通过I2C总线发送要显示的信息，并控制显示效果，如亮度、对比度、清晰度等参数。
3.扩展存储器：I2C总线可以用于连接外部存储器，如电子存储器（EEPROM）。
通过I2C总线，可以读取和写入存储器中的数据，实现数据的存储和传输。
4.触摸屏控制器：许多触摸屏控制器也使用了I2C总线，主要用于将触摸信号传输给主设备，并接收主设备的命令。
通过I2C总线，可以实现对触摸屏的操作，如单击、滑动、缩放等。
5.电源管理器：一些电源管理器也采用了I2C总线，用于控制和监测电池电量、充电状态、电压、电流等参数。
I2C总线接口电路设计
I2C总线接口电路设计I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种用于在集成电路之间进行通信的串行总线接口。
它是一种广泛应用于电子系统中的通信协议，可以用于连接各种外部设备，例如传感器、存储器、显示屏等。
在进行I2C总线接口电路的设计时，主要需要考虑以下几个方面：1.电源电压：I2C总线接口电路通常使用3.3V或5V作为电源电压。
选择电源电压需要根据所连接的外部设备的工作电压要求来确定。
2.电路连接：I2C总线一般使用两根线进行通信，即SCL线和SDA线，其中SCL线用于时钟信号，SDA线用于数据信号。
在电路连接方面，需保持SCL和SDA线的长度较短，以减小信号干扰的可能性。
3.电路保护：由于I2C总线通常连接的是外部设备，因此电路中需要加入适当的保护措施，以防止过电压、过电流等情况对电路和设备造成损害。
常用的保护元件包括稳压二极管、保险丝和放电二极管等。
4.信号线驱动：为了保证I2C总线的正常通信，需要对SCL和SDA线进行适当的驱动，以提供足够的信号电平和电流。
常用的信号线驱动器包括晶体管和放大器等。
5.电路滤波：I2C总线通常工作在较高的频率上，因此需要对信号进行滤波处理，以避免高频噪声对通信造成干扰。
常见的滤波元件包括电容和电感等。
6.电路调试：在I2C总线接口电路设计完毕后，需要进行调试和测试。
常见的调试方法包括使用示波器观察信号波形、检查电压和电流等。
总之，I2C总线接口电路设计需要考虑电源电压、电路连接、电路保护、信号线驱动、电路滤波和电路调试等方面的因素。
通过合理设计和调试，可以实现可靠和稳定的I2C总线通信，并连接各种外部设备，提高电子系统的功能和性能。
FPGA实现各种接口
FPGA有限状态机模拟I2C总线设计时间:2007-08-01 来源: 作者:潘小冬点击：2758 字体大小:【大中小】摘要：以I2C总线协议为根据。
用有限状态机(FSM:Finite State Machine)设计了基于FPGA的I2C初始化程序模块。
主要内容包括简述I2C总线的特点；介绍用FPGA中FSM 开发I2C总线模块时的设计思想和实现过程；给出并解释了部分用Verilog HDL描述I2C总线初始化SAA7111和SAA7121的程序，最后在QuartusII中进行了I2C总线主从模式下的时序仿真和用其内嵌逻辑软分析仪SignalTap II完成了硬件调试。
在现代电子系统中，有为数众多的IC需要进行相互之间以及与外界的通信。
为了简化电路的设计，Philips公司开发了一种用于内部IC控制的简单的双向两线串行总线PC (Intel－Integrated Circuit bus)。
该总线具有接口线少、通讯效率高等特点。
在进行FPGA设计时，经常需要和外围提供PC接口的芯片通信，虽然市场上有专用I2C 总线接口芯片，但是地址可选范围小、性能指标固定、功能单一、使用不方便。
根据I2C 总线的电气特性及其通讯协议，在Altera公司的FPGA(EP2S30)上可以很方便地实现I2C总线的通讯接口，且具有高速、易调试、可以灵活地实现地在线配置等优点，同时大大地减少了系统的开发周期。
1 I2C总线协议概述I2C总线系统由两根总线即SCL(串行时钟)线和SDA(串行数据)线构成。
I2C 总线主从器件之间传送的一次数据称为一帧，由启动信号、地址码、若干数据字节、应答位以及停止信号等组成。
通讯启动时，主器件发送一个启动信号(当SCL线上是高电平时，SDA线上产生一个下跳沿)、从器件的地址(唯一的7位地址码)和1位读写方向标志位；通讯停止时，主器件发送一个停止信号(当SCL线上是高电平时，SDA线上产生一个上跳沿)。
fpga的iic代码
fpga的iic代码FPGA的IIC代码一、引言随着科技的不断发展，FPGA（Field-Programmable Gate Array）已经成为了数字电路设计领域中不可或缺的一部分。
FPGA具有可编程性强、灵活性高等优点，被广泛应用于各种领域。
而IIC（Inter-Integrated Circuit）作为一种常见的串行通信协议，也是FPGA中常用的模块之一。
本文将介绍FPGA的IIC代码设计及其实现。
二、IIC简介IIC是由飞利浦公司（Philips）提出的一种串行通信协议，用于在集成电路之间进行数据传输。
IIC协议使用两根线，即SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线），实现多个设备之间的通信。
IIC协议具有速度快、使用简单等优点，被广泛应用于各种电子设备中。
三、FPGA中的IIC代码FPGA中的IIC代码可以通过硬件描述语言（如Verilog或VHDL）进行实现。
下面是一个简单的FPGA IIC代码示例：module IIC (input wire clk,input wire rst,input wire sda_in,output wire sda_out,inout wire scl);reg [7:0] data_reg;reg [2:0] state_reg;// 状态定义localparam IDLE = 3'b000; // 空闲状态localparam START = 3'b001; // 起始位发送状态localparam WRITE = 3'b010; // 写数据状态localparam READ = 3'b011; // 读数据状态localparam ACK = 3'b100; // ACK状态// 初始化always @(posedge clk or posedge rst) beginif (rst) begindata_reg <= 8'b0;state_reg <= IDLE;end else begincase (state_reg)IDLE: beginif (sda_in == 1'b0 && scl == 1'b1) begin state_reg <= START;endSTART: begin// 发送起始位sda_out <= 1'b0;state_reg <= WRITE;endWRITE: begin// 发送数据sda_out <= data_reg[7];data_reg <= {data_reg[6:0], 1'b0};state_reg <= ACK;endREAD: begin// 读取数据sda_out <= 1'b1;state_reg <= ACK;endACK: begin// 接收ACKif (sda_in == 1'b0) begindata_reg <= {data_reg[6:0], sda_in};state_reg <= IDLE;endendcaseendend// 时钟延迟always @(posedge clk) beginscl <= ~scl;endendmodule四、代码解析上述代码实现了一个简单的FPGA IIC模块。
I2C总线接口电路设计..
FPGA与I2C总线器件接口电路设计利用FPGA模拟I2C总线协议对I2C总线接口器件AT24C256 进行读写操作。
利用按键输入读写命令和相应的地址、数据，对芯片进行读写操作，读写的数据用数码管显示。
一、I2C总线接口电路设计分析1. I2C 总线协议I2C 总线的两根通信线，一根是串行数据线SDA，另一根是串行时钟线SCL。
多个符合I2C总线标准的器件都可以通过同一条I2C总线进行通信，而不需要额外的地址译码器。
每个连接到总线上的器件都有一个唯一的地址作为识别的标志，都可以发送或接收数据。
I2C 总线通信速率受主机控制，标准模式下可达100kbit/s。
一般具有I2C总线的器件其SDA、SCL引脚都为集电极（或漏极）开路结构。
因此实际使用时，SDA 和SCL信号线必须加3~10K的上拉电阻。
总线空闲时均保持高平。
I2C总线接法如图1所示。
图1 I2C总线连接示意图(1) I2C的主机和从机，发送器和接收器产生I2C总线时钟信号和起始、停止控制信号的器件，称为主机，被主机寻址的器件称为从机。
任何将数据传送到I2C总线的器件称为发送器，任何从I2C总线接收数据的器件称为接收器。
主机和从机都可作为发送数据器件和接收数据器件。
(2) I2C 总线上数据的有效性：时钟线SCL为高电平时，数据线SDA的任何电平变化将被看作总线的起始或停止信号；在数据传送过程中，当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA必须保持稳定状态，不允许有跳变；数据线SDA的状态只能在SCL低电平期间才能改变。
即进行串行传送数据时，在SCL高电平期间传送位数据，低电平期间准备数据。
(3) 从机地址I2C总线不需要额外的片选信号或地址译码。
多个I2C总线接口器件可连接到一条I2C总线上，它们之间通过地址来区分。
主机是主控制器件，只有一个主机的不需要地址。
其它器件均为从机，均有器件地址，但必须保证同一条I2C总线上的器件地址不能重复。
一般从机地址由7位地址位和1位读写位组成，地址位为高7位，读写位为最低位。
基于FPGA的I2C总线控制器设计
２ Ｆ Ｃ 总线协议术语
送到Ｓ Ｄ Ａ线上 的每一个字节 由８ 位组成 ， 每次传送 的字节数不
受 限制 ， 但每个字节后必须跟一位应答位（ ＡＣ Ｋ） 。 数据传送时 ， 先传 主从机之 间一 次数 据的传输称为一帧 。 由启动信号 、 若干数据 送最高 位（ ＭＳ Ｂ ） ， 如果接收器 不能接收下一个字节 ， 例如 正在处理 字 节和应答位 及停止信号组 成。 内部 中断时 ， 可 以使Ｓ Ｃ Ｌ 保持低 电平 ， 迫使发生器处于等待状态 ， 等
ｉ ｍｐ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ Ｉ ２ Ｃ ＢＵ Ｓ ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ， ａ ｎｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｃ ｏ ｄ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ｏｆｄ ａ ｔ ａ ｂ ｕｆ ｆ ｅ ｒ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆｔ ｈｅ ｃ ｏ ｄ ｅ ｍｉ ｇ ｒ ａ ｉ ｔ ｏｎ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｓ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈｅ ｔ ｅ ｓ ｉｎ ｔ ｇ ｏ ｆ ｂ ｅ ｈ ａ ｖｉ ｏ ｒ ￣ｓ ｉ ｍｕ ｌａ ｉｏ ｔ ｎ ａ ｎｄ ｆ ｕ ｎｃ ｉｏ ｔ ｎ ｖｅ ｉｆ ｒ ｉｃ ａ ｉ ｔ ｏｎ ．
数 控 技 术
黯
基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的 Ｉ ２ Ｃ总线控制器设计
李 小 琼
（ 西安 兰特水电测控技术有限责任公 司 陕西西安 ７ １ ０ ０ ４ ３ ）
摘要： 文章 简要介绍 了Ｆ Ｃ 总线的规范， 给出了用Ｆ Ｐ Ｇ Ａ实现ｌ ａ Ｃ 总线控制器各个功能模块的详细设计方法， 从代码移植方面分析了数据缓存的编
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ： Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｂ ｒ ｉ ｅ ｎｖ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏｆ ａ ｎ １ ２ Ｃ ＢＵ Ｓ ． ｉ ｔ ｄｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｂ ｅ ｓ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏｄ ｏ ｆ ｅ ｖｅ ｒ ｙ ｆ ｕ ｎｃ ｉｏ ｔ ｎ ｍ ｏｄ ｕ ｌ ｅ ｕｓ ｉ ｎｇ ＦＰＧＡ
基于FPGA的I2C SLAVE模式总线的设计方案
基于FPGA的I2C SLAVE模式总线的设计方案
0 引言
由于在嵌入式系统开发中越来越多的应用到FPGA，而一些嵌入式CPU，比如STM32 为了降低成本，减小封装尺寸，没有外接专门的CPU 读写总线，而只提供了一些如SPI 和I2C 的接口。
而且在应用中经常有数据要配置到FPGA 中，如FPGA 中的应用配置寄存器，和配置表项等，都需要CPU 配置。
这些数据的数据量不大，速度也不要求很高，很适合用I2C 总线来配置。
I2C 总线是Philips 公司设计的一种控制和配置内部IC 双向两线的串行总线。
主要特点是接口信号线较少，但是其数据的传送速率不是很高，其高速模式下为3.4Mb/s.应用于配置FPGA 比较适合。
在通常的应用中嵌入式CPU 作为MASTER 模式的主器件，FPGA 作为SLAVE 模式的从器件。
通过使用I2C 总线，减少了CPU 和FPGA 的连线，而且嵌入式CPU 一般有内含I2C总线控制器，使得CPU 和FPGA 间的通讯硬件电路简化。
1 I2C SLAVE 模式整体结构的分析设计。
基于CPLD／FPGA平台I2C总线IP核的设计
基于CPLD／FPGA平台I2C总线IP核的设计摘要：本文通过对一个I2C总线IP核的设计，介绍了用VHDL语言设计和实现该IP核的过程。
首先简要介绍了I2C总线协议的标准及应用，分析了影响8位MPU的传输速率低的因素，然后提出了基于CPLD/FPGA平台设计“虚拟器件”I2C总线IP核的设想。
其次给出系统自顶向下的设计方案。
接着对系统的功能进行了详细的总体规划与层次设计，讲解了系统体系结构和系统各个功能模块的电路设计。
最后进行了调试，并给出在MAX+Plus II 10.0环境下的仿真波形。
关键词：I2C总线VHDL IP核CPLD/FPGA一、系统设计的背景与意义在现代通讯类产品、仪器仪表、工业测控系统中，逐渐形成了以一个或多个微处理器组成的智能系统，并且对外围电路之间主要是实现控制功能，因而I2C 总线对应用系统的开发带来很多好处：一方面，二线制的I2C串行总线使得各电路单元之间只需最简单的连接，而且可实现电路系统的模块化、标准化设计；另一方面，标准的I2C总线模块的组合方式大大地缩短了新产品的开发周期，并且I2C总线系统构成具有最大的灵活性和极好的可维护性。
目前，在绝大多数单片机应用系统中仍保持着单主结构（其中包括一些双主系统中，主节点之间不能进行直接通信的情况）。
在单主系统中，I2C总线只存在着主方式，I2C总线的数据传输状态比较简单，主要是实现单片机（或MCU）对I2C总线简单的读/写操作。
因此，利用VHDL硬件语言实现I2C总线接口功能，并通过下载到CPLD/FPGA实现与其他节点的数据传输，使这些器件不受系统单片机必须带有I2C总线接口的限制。
这也大大地扩展了I2C总线器件的适用范围，使I2C总线在应用系统设计中有着更为广泛的应用。
二、系统设计方案目前，许多IC器件广泛采用I2C接口来读/写数据，但是多数的8位微处理器都没有专用的I2C接口，因此一般只有通过GPIO口利用软件编程来实现I2C 总线的数据传送。
I2C总线接口电路设计
I2C总线接口电路设计I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信总线协议，常用于连接各种集成电路之间的通信。
在I2C总线接口电路设计中，需要考虑电气接口、时序要求、硬件电路等方面的设计。
下面将从这些方面详细介绍I2C总线接口电路的设计。
一、电气接口设计1.电平转换：I2C总线上使用的信号线通常是5V或3.3V，而有些器件可能只支持3.3V电平，因此需要在总线接口电路中进行电平转换，以确保信号的兼容性。
2.上拉电阻：I2C总线上的SCL和SDA线需要使用上拉电阻，以确保信号线在空闲状态时保持在高电平状态。
通常建议使用4.7kΩ的上拉电阻。
二、时序要求设计1.起始信号：I2C总线通信的起始信号由主设备发送，它是一个从高电平切换到低电平的下降沿。
为了确保起始信号的准确性，可以使用RC 滤波电路对SCL和SDA信号进行滤波处理。
2.时钟频率：I2C总线的时钟频率通常为100kHz或400kHz。
在设计时需要考虑主设备和从设备的时钟频率能否匹配，并进行合适的时钟频率选择。
3.数据传输：每个字节的数据传输由主设备控制，数据在SCL时钟的上升沿到来时，SDA线上的数据应该保持稳定。
在设计时需要保证数据线上的电平变化满足I2C总线的要求。
三、硬件电路设计1.电源电路：I2C总线接口电路需要提供适当的电源电压，以供主设备和从设备工作。
需要注意电源稳定性和电源电压的合适选择。
2.ESD保护：考虑到I2C总线接口电路可能会面临静电等外部干扰，建议在接口电路中添加ESD保护电路，以保护电路免受ESD击穿的影响。
3.器件选择：在设计I2C总线接口电路时，需要选择合适的I2C驱动器和接收器器件，以确保电路的稳定性和可靠性。
4.PCB布局：良好的PCB布局是确保I2C总线接口电路稳定性的关键。
在布局时应注意信号线的走线规划、地线的布置以及滤波电容的选择等方面，以减小信号干扰和提高抗干扰能力。
总之，设计一套稳定可靠的I2C总线接口电路需要综合考虑电气接口、时序要求和硬件电路等方面的设计。
I2C总线接口的设计及验证
Ｉ２Ｃ总线接口的设计及验证作者：戴立新王泽勇王黎高晓蓉赵全轲来源：《现代电子技术》2009年第02期摘要：在视频采集时，摄像机输出的模拟信号需要转换为数字信号，SAA7113芯片可以实现这种模/数转换功能。
介绍在开发FPGA图像采集功能时，I2C总线模块的设计思路，并利用Verilog HDL语言实现I2C总线接口的功能；同时利用I2C总线对SAA7113芯片进行配置，为实现视频图像的模/数转换和图像采集搭建环境，在设计SAA7113模块状态机时有意缩小SAA7113寄存器的配置范围，从而节省配置时间。
关键词：I2C总线;Verilog HDL;FPGA；SAA7113中图分类号：TP334文献标识码：B文章编号：1004 373X(2009)02 136 03Design and Verification of I2C Bus InterfaceDAI Lixin，WANG Zeyong，WANG Li，GAO Xiaorong,ZHAO Quanke(College of Sciences,Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031,China)Abstract：When collecting the video image,the analog signals output from the camera need to be converted into digital signal,and SAA7113 chip can realize such analog/digital conversion.The design idea of I2C bus module is introduced when exploiting the image collection function of FPGA.The function of I2C Bus interface is realized by using Verilog HDL language,also the SAA7113 chip is configured through I2C Bus,which builds an environment for the collection and analog/digital conversion of video image.When designing the state machine of SAA7113 module,the disposition range of SAA7113 register is purposively reduced,thus the time of disposition is decreased.Keywords：I2C bus;Verilog HDL;FPGA;SAA71130 引言常规的图像采集处理系统利用图像采集卡采集图像到硬盘，再利用计算机以软件方式完成图像处理分析的任务。
基于FPGA的I2C总线主控器的设计与实现
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 。连 接多 个 ＩＣ总线设 备 的可 能性意 味着 超过 ２
一
个 以上 主机可 以 同时 尝试 初 始化 传 输数 据 ， 时会 此
Ｓ Ａ 和 Ｓ Ｌ均为 双 向线 路 ， Ｄ Ｃ 都通 过 一个 上 拉 电阻
产 生仲 裁过 程进 行总线 使用 权 的裁决 。 连 接到 电源 电压 的正 端 ， 总 线 空 闲 时这 两 条 线路 都 当 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 。ＩＣ ２
ａ Ｄ ｔ） 实现 对 Ｄ １ ４ ｌ ａ ， ａ Ｓ ３ ０控 制 的 具 体 过 程 。
关 键 词 ：Ｐ Ａ； ２ 总 线 ；主 器件 ；从 器 件 Ｆ Ｇ ＩＣ
中 图分 类 号 ：Ｐ ３ Ｔ ３６
文章 编 号 ：６ １ ５ Ｘ（０ ７ ０ Ｄ１９０ １７ － ４ ２ ０ ）６ ０ －３ ６
沈 华 ，王 俞 ຫໍສະໝຸດ 文 献标 识 码 ： Ａ
行 扩展 总 线 ， 具备 总 线 仲 裁 和 高低 速 设 备 同步 等 功 能 的 高性 能 多主 机 总 线 。 结合 Ｄ １４ （日历 时 是 Ｓ３ ０
钟 器 件 ） 用 实例 描 述 了采 用 Ｆ Ｇ 应 Ｐ Ａ模 拟 ＩＣ总线 的 时钟 线 Ｓ Ｌ（ ｅｉ ｌ ｋ ２ Ｃ Ｓｒ ｌ ｏ ）和 数 据 线 Ｓ Ａ （ ｅ — ａＣ ｃ Ｄ Ｓｒ ｉ
（ 中国航 空计 算技 术研 究所 ， 陕西 西安 ７０ ６ ） １０ ８
摘 要 ： ＣＢ Ｓ ｎｅ Ｉｔｇａ ｄＣｒｕ Ｕ 内部 集 成 电路 总 线 ）是 由 Ｐ ｉｐ 公 司推 出的 两线 制 串 Ｉ Ｕ （Ｉｔ ｅｒ ｅ ｉ ｉＢ Ｓ ２ ｒｎ ｔ ｃｔ ｈ ｉｓ ｌ
《FPGA系统设计》实验报告》有限状态机的设计
《FPGA系统设计》实验报告》有限状态机的设计一、设计任务a)了解有限状态机的概念；b)掌握Moore型有限状态机的特点和其VHDL语言的描述方法；c)掌握Mealy型有限状态机的特点和其VHDL语言的描述方法。
二、设计过程实验原理在数字电路系统中，有限状态机是一种重要的时序逻辑电路模块。
它对数字系统的设计具有十分重要的作用。
例如：全自动洗衣机，浸泡、洗涤、排水、脱水，流程状态无需手动操作，只要条件满足就自动进入下一工作个状态，并且工作流程可以灵活设定。
这种控制功能完全可用有限状态机来实现。
有限状态机( Finite State Machine, FSM)也是一种时序逻辑电路。
状态机从输出方式出发，可以分为Moore型和Mealy型；从状态机结构出发，可以分为单进程状态机和多进程状态机。
我们知道，任何数字系统都可以分为相互作用的控制单元（control unit）和数据通道（data path）两部分。
数据通道通常由组合逻辑构成，而控制单元通常由时序逻辑构成，任何时序电路都可以表示为有限状态机（Finite State Machine，FSM）。
在基本时序逻辑电路建模的基础上，本实验主要介绍有限状态机实现复杂时序逻辑电路的设计。
数字系统控制部分的每一个部分都可以看作一种状态，与每一控制相关的转换条件指定了状态的下一个状态和输出。
根据有限状态机的输出与当前状态和当前输入的关系，可以将有限状态机分成Moore 型有限状态机和Mealy型有限状态机两种。
从现实的角度，这两种状态机都可以实现同样的功能，但是它们的时序不同，选择使用哪种有限状态机要根据实际情况进行具体分析。
1.单进程Moore型有限状态机程序码图6.1 引脚分配图图6.2 Moore型实验箱现象2.该状态机时一个2进程Mealy型状态机，进程COMREG是时序与组合混合型进程；进程COM1负责根据状态和输入信号给出不同的输出信号。
图6.3 引脚分配图图6.4 Mealy型实验箱现象3.该状态机属于Moore型状态机，由两个主控进程构成，其中进程REG 是主控时序进程，COM是主控组合进程。
基于FPGA视频采集中的I2C总线设计与实现
基于FPGA视频采集中的I2C总线设计与实现作者：潘利明王惠平刘春风来源：《现代电子技术》2010年第08期摘要:随着编码理论和多媒体网络应用的发展,图像和视频压缩编码JPEG2000系统应用得到逐步推广。
在此从视频采集中总线的特点、协议入手,着重对总线设计及实现方法进行介绍。
基于视频采集芯片SAA7111,提出采用VHDL语言来模拟实现总线接口的方法,并将其嵌入到FPGA中。
实验仿真结果证明数据是正确、稳定、可靠的,具有一定的可借鉴性。
关键词:FPGA; 视频采集总线; SAA7111中图分类号:TP336文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)08-0080-03PAN Li---(1.College of Electronic Science and Engineering, National University of Defence Technology, Changsha 410073, China;2.Qinghai University, Xining 810016, China)Abstract:With development of the coding theory and multimedia network application, the application of the image and video compression coding JPEG2000 system have been extendeded emphatically.Based on the videoVHDL language, and embed it into FPGA is proposed. The simulation results show that the data is correct stable and reliable.随着科学技术的发展和现代战争条件的变化,传统图像信号提供的单一服务已远远不能满足现代战争的需要。
I2C总线接口电路设计
FPGA与I2C总线器件接口电路设计利用FPGA模拟I2C总线协议对I2C总线接口器件AT24C256 进行读写操作。
利用按键输入读写命令和相应的地址、数据，对芯片进行读写操作，读写的数据用数码管显示。
一、I2C总线接口电路设计分析1. I2C 总线协议I2C 总线的两根通信线，一根是串行数据线SDA，另一根是串行时钟线SCL。
多个符合I2C总线标准的器件都可以通过同一条I2C总线进行通信，而不需要额外的地址译码器。
每个连接到总线上的器件都有一个唯一的地址作为识别的标志，都可以发送或接收数据。
I2C 总线通信速率受主机控制，标准模式下可达100kbit/s。
一般具有I2C总线的器件其SDA、SCL引脚都为集电极（或漏极）开路结构。
因此实际使用时，SDA 和SCL信号线必须加3~10K的上拉电阻。
总线空闲时均保持高平。
I2C总线接法如图1所示。
图1 I2C总线连接示意图(1) I2C的主机和从机，发送器和接收器产生I2C总线时钟信号和起始、停止控制信号的器件，称为主机，被主机寻址的器件称为从机。
任何将数据传送到I2C总线的器件称为发送器，任何从I2C总线接收数据的器件称为接收器。
主机和从机都可作为发送数据器件和接收数据器件。
(2) I2C 总线上数据的有效性：时钟线SCL为高电平时，数据线SDA的任何电平变化将被看作总线的起始或停止信号；在数据传送过程中，当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA必须保持稳定状态，不允许有跳变；数据线SDA的状态只能在SCL低电平期间才能改变。
即进行串行传送数据时，在SCL高电平期间传送位数据，低电平期间准备数据。
(3) 从机地址I2C总线不需要额外的片选信号或地址译码。
多个I2C总线接口器件可连接到一条I2C总线上，它们之间通过地址来区分。
主机是主控制器件，只有一个主机的不需要地址。
其它器件均为从机，均有器件地址，但必须保证同一条I2C总线上的器件地址不能重复。
一般从机地址由7位地址位和1位读写位组成，地址位为高7位，读写位为最低位。
FPGA设计IIC教程
IIC协议1.了解IIC1.1什么是IICIIC即I2C，一种总线结构。
IIC 即Inter-Integrated Circuit，这种总线类型是由菲利浦半导体公司在八十年代初设计出来的，主要是用来连接整体电路(ICS) ，IIC是一种多向控制总线，也就是说多个芯片可以连接到同一总线结构下，同时每个芯片都可以作为实施数据传输的控制源。
这种方式简化了信号传输总线。
例如：内存中的SPD信息,通过IIC，与BX芯片组联系，IIC 存在于英特尔PIIX4结构体系中。
随着大规模集成电路技术的发展，把CPU和一个单独工作系统所必需的ROM、RAM、I/O端口、A/D、D/A等外围电路集成在一个单片内而制成的单片机或微控制器愈来愈方便。
目前，世界上许多公司生产单片机，品种很多。
其中包括各种字长的CPU，各种容量的ROM、RAM以及功能各异的I/O接口电路等等，但是，单片机的品种规格仍然有限，所以只能选用某种单片机来进行扩展。
扩展的方法有两种：一种是并行总线，另一种是串行总线。
由于串行总线的连线少，结构简单，往往不用专门的母板和插座而直接用导线连接各个设备。
因此，采用串行线可大大简化系统的硬件设计。
PHILIPS公司早在十几年前就推出了I2C串行总线，利用该总线可实现多主机系统所需的裁决和高低速设备同步等功能。
因此，这是一种高性能的串行总线。
飞利浦电子公司日前推出新型二选一I2C主选择器，可以使两个I2C主设备中的任何一个与共享资源连接，广泛适用于从MP3播放器到服务器等计算、通信和网络应用领域，从而使制造商和终端用户从中获益。
PCA9541可以使两个I2C主设备在互不连接的情况下与同一个从设备相连接，从而简化了设计的复杂性。
此外，新产品以单器件替代了I2C多个主设备应用中的多个芯片，有效节省了系统成本。
1.2 IIC的硬件结构I2C串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。
所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA 上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。
fpga 的i2c通信实现方案
fpga 的i2c通信实现方案下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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FPGA实现的I2C主从机程序应用于电信设备1+1保护
FPGA实现的I2C主从机程序应用于电信设备1+1保护本文论述了一种电信级设备1+1保护倒换方案，该方案基于FPGA状态机实现的I2C主机和从机程序，可以比CPU控制方案显著减少保护倒换的时间。
标签：FPGA；VHDL；I2C；主机；从机；电信设备1+1保护；50ms随着电信技术的发展，通信设备安全性要求越来越高，硬件1+1保护是电信机房设备的必备功能。
目前国内各电信运营商对于电信设备1+1保护倒换的时间要求是少于50ms。
本文详细介绍了提出的保护方案的整体架构以及实现方法，并通过实验数据的形式证明了该方案的可行性。
本文主要内容有：保护倒换的研究背景，以及目前常用的设计方案介绍；对本文提出的设计方案进行系统性介绍，突出上联卡和下联线卡的不同功能需求；对I2C总线进行介绍，对用FPGA状态机实现的I2C的主机程序和从机程序分别进行介绍；最后对整机实现方案进行具体介绍，以及给出I2C总线的FPGA调试结果；最后对该方案进行总结，对不足之处以及进一步优化的办法进行了说明。
本文设计实现的方案具有实时性好，可实现性高的优点，能够显著提高电信级设备1+1保护倒换时间。
第一章应用背景1.1研究背景随着中国经济的不断高速发展，人们对于网络的安全性要求不断提高，各电信运营商对于通信设备的安全性也就要求越来越严格。
从最开始的PDH，到SDH，再到如今的PTN以及OTN、SDN、NFV技术，网络设备保护功能越来越完善。
系统级双卡1+1保护是对硬件失效最有效的防护，因此各大运营商对这类保护有着非常严格的要求。
比如，2017年中国移动小型化PTN设备集采测试方案中就明确要求必须具有双卡1+1保护功能，且要求业务倒换时间和返回时间均小于50ms[1]。
1.2研究现状和趋势目前电信接入设备供应商大多采用套片的形式实现保护倒换功能，比如中兴的SDH和OTN业务主芯片，此类ASIC芯片内置了保护倒换功能，设备供应商可以利用此类芯片实现需要的1+1保护功能，但是此类芯片受限于芯片供应商，比如价格昂贵以及供货周期较长甚至无法保证供货等。
fpga2段状态机设计
fpga2段状态机设计FPGA（现场可编程门阵列）是一种灵活的数字电路设计工具，它可以用来实现各种数字逻辑电路，包括状态机。
状态机是一种抽象的数学模型，用于描述系统在不同状态之间的转移和行为。
在FPGA中设计状态机需要考虑多个方面，包括状态的定义、状态转移条件、输出逻辑等。
首先，我们需要定义状态机的状态。
状态机可以是Mealy型或者Moore型。
Mealy型状态机的输出取决于当前状态和输入，而Moore型状态机的输出仅仅取决于当前状态。
在设计状态机时，我们需要明确定义每个状态以及状态之间的转移条件。
这可以通过状态转移图或者状态转移表来表示。
其次，我们需要考虑状态机的输入和输出。
输入可以是外部信号，输出可以是状态机的输出信号或者控制其他逻辑电路的信号。
在FPGA中，我们可以使用寄存器来存储状态机的当前状态，使用组合逻辑来实现状态转移条件和输出逻辑。
另外，时序是状态机设计中一个非常重要的考虑因素。
我们需要确保状态机的状态转移和输出逻辑在时钟的控制下按照预期进行。
在FPGA中，我们可以使用时钟信号来同步状态机的操作，确保状态机的稳定和可靠性。
最后，我们需要进行综合和布局布线，将状态机的逻辑电路映射到FPGA的可编程逻辑单元（PLC）和寄存器中。
在这个过程中，我们需要考虑逻辑优化、时序约束等问题，以确保状态机能够在FPGA中正确运行。
综上所述，设计FPGA中的状态机需要考虑状态定义、状态转移条件、输出逻辑、时序等多个方面。
在实际设计中，我们需要结合具体的应用场景和FPGA的特性来进行设计，以实现所需的功能并满足性能要求。
I2C总线的验证及实现
I 2C 总线的验证及实现80年代早期，飞利浦半导体为减少电子产品内部的并行数据线的数量而开发出I 2C 总线。
I 2C 总线的1.0版本于1992年由飞利浦发布。
该版本定义了一个2线、双向的总线用于ICs 之间的互连。
到1998年，I 2C 总线已经成为低速芯片互连的事实标准，并有超过50家公司、1000多种芯片使用该标准。
验证表明，使用本文给出的I 2C 总线的配置很容易实现对从设备的访问。
每一个实现实例给出了原理图和代码。
本文假定读者已熟悉如下文档：• The I 2C-Bus Specification , Version 2.1, January 2000.Philips Semiconductor document #9398 393 40011. • The I²C-bus and how to use it , April 1995. Philips Semiconductor document #98-8080-575-01. • System Management Bus (SMBus) Specification , Version 2.0, August 2000.I 2C 背景及讨论I 2C 总线可工作在标准模式（Standard-mode ），快速模式(Fast-mode)和高速模式(High-Speed)。
标准模式的最大速率为100kbps ，快速模式的最大速率为400kbps ，高速模式的最大速率为1.7Mbps(C b = 400pF)、3.4Mbps(C b = 100pF)。
原先的标准模式使用7bit 地址，最大从设备的数量仅为112。
由于从设备数量的增加，I 2C 总线引入了10bit 的地址长度。
快速模式下，从设备增加了很多有用的特性：最大数据速率增加到400kbps ，允许系统使用4倍于标准模式的速率收发数据。
快速模式下，I 2C 总线不再支持速率不兼容的类似总线。
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块 % 主要内容包括简述 !)" 总线的特点 ( 介绍用 5#67 中 59O 开发 !)" 总线模块时的设计思想和实现过程 ( 给出并解 释了部分用 T,/%&U. M@= 描述 !)" 总线初始化 977B<<< 和 977B<)< 的程序 ! 最后在 Z30/+3(!! 中进行了 !)" 总 线 主 从模式下的时序仿真和用其内嵌逻辑软分析仪 9%.*0&Q0’!! 完成了硬件调试 % 关键词 !!)" 总线 (5#67 ( 有限状态机 [59OA(T,/%&U. M@=( 初始化 中图分类号 !Q#::W 文献标识码 !7 文章编号 !<WB)-E\]E ");;B #;<-;<;X-;:
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!)" 模块的设计与实现
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43($% 该总线具有接口线少 &通讯效率高等特点 " 在进行 5#67 设计时 ! 经常需要和外围提供 !)" 接口的芯片通信 ! 虽然市场上有专用 !)" 总线接口