基于fpga的iic接口设计与实现(附件)【字数：9089】
摘 要随着数字电子技术的飞速发展，现场可编程门阵列（FPGA）凭借灵活的设计、快速的传输速度等优点，在数字专用集成电路中被普遍使用，成为数字电子及技术的核心技术。并且在嵌入式体系计划范畴中，以FPGA为中间的可编程逻辑设备已占有着很重的分量。IIC总线是Philips公司开创的串行总线，实现芯片与芯片之间的连接功能。IIC总线作为现今通用的总线技术，之所以能直接将多个器件用导线连接起来而不要特定的插座，是因为它的连接线使用少，而且布局简单，传输速度快，所以使用IIC总线能使体系的硬件设计变得更简单，如今已经被普遍使用在时钟、EEPROM等接口和设备中。本文先简单讲述了IIC总线的研究意义和现状，接着对总线的基本协议以及工作原理进行了深入的研究，然后在此基础上，重点讲述了基于FPGA的IIC总线接口的软件与硬件设计并分析每个模块的设计，最后用Verilog HDL编写的程序对接口设计进行运行，得出仿真结果。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2研究领域的现状 1
1.3本文的内容及安排 2
第二章 IIC总线规范研究 3
2.1IIC总线简述 3
2.1.1IIC总线按宋体、小四号的构成 3
2.1.2 IIC总线的特点 3
2.2 IIC总线的工作原理 4
2.2.1 IIC总线的信号类型及时序 4
2.2.2 IIC总线的数据传输 6
2.3 IIC总线的数据传输模式 7
2.3.1 寻址字节 7
2.3.2 写操作 8
2.3.3 读操作 8
第三章 硬件设计 9
3.1硬件设计及电路原理图 9
3.2 各个模块硬件设计 11
3.2.1 按键消抖模块设计 11
3.2.2 IIC总线接口模块设计 11
3.2.3 分频模块设计 12
3.2.4 数码管显示模块设计 12
第四章 软件设计 14
4.1 FPGA的简介 14
4.2 IIC总线接口的状态机设计 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.1.1 Verilog HDL的简介 14
4.1.2 状态机设计 14
第五章 仿真和总结 16
5.1准备工作 16
5.2仿真结果 17
5.3总结 18
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
附录 22
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
如今电子科技在飞快地发展，需要彼此通讯以及和外界通讯的集成电路正在变得日益复杂。双向双线IIC串行总线（Intel Integrated Circuit Bus）是Philips半导体公司在20世纪80年代初研发出来的，目的是设计电路的时候更简单。用IIC总线的双向数据线SDA和时钟线SCL这两根信号线就能进行通迅，凡是有IIC接口的设备都可以直接使用这两根信号线与其他设备通讯。IIC总线具备高通信效率、使用较少传输线等特征，另外凭借简单的接口、简便的控制操作，IIC总线受到越来越多的电路设计师们的青睐，被广泛应用在嵌入式微处理结构设计之中。
目前GAL、CPLD等一些可编程设备在不断发展，现场可编程门阵列（FPGA）正是由这些可编程设备发展到一定阶段的产品。微电子技术与专用集成电路（ASIC）的建设使得体系的可靠性获得了很大的进步，然而ASIC的计划周期长且不够灵活，现在利用FPGA则能够有效提高电路设计的灵活性、扩大应用范围及可编程设备的门电路数。有了FPGA的体系设计，最终的设备将会被设计的越来越小，同时会减少本钱、降低系统功耗，因此，FPGA被普遍使用在各个范畴。
现在，由集成电路产商制造的IIC总线设备的功能日益完善，IIC总线是由主机掌控的，如果增加额外的控制设备就要增加额外的版子面积，这样成本就得增加。所以，在特定条件下按照IIC总线规范，将有广泛应用的FPGA和IIC总线设备完成无缝对接会是更加经济的解决办法，此外还能很大程度上缩减电路体系的开发时间，具有强大的实用性。
1.2研究领域的现状
嵌入式体系正在向小型化、低功耗等目标努力。在有些电路体系中，因为功能多而需要额外的外围接口设备，要是用以往的并行传输方式，虽然能缩减时间，但是使得体系更复杂，资源、成本用得更多了。如今，很多公司都采用Philips公司的IIC总线，这在减小电路复杂性、增加设计灵活性、减少研发周期、降低设备成本等方面都获得了很大的便利。
IIC总线在被定为通用的总线标准后，凭着严格而全面的协议、扩展便利性、允许多个芯片等特征，已经被应用到微控制设备中。IIC总线在通信、消费等范畴有众多应用，并且许多设备上都装有IIC接口，其功能日益壮大。因此国内外的很多机构在FPGA的IIC接口研究上都取得了不错的成果。
1.3本文的内容及安排
因为FPGA在集成电路中采用了半定制电路，这解决了原可编程门电路数量不足的问题，在很大程度上减少了电路的研发时间，因而深受广大硬件电路设计者的喜爱。本论文旨在在FPGA上完成IIC接口的设计，编写程序并进行仿真验证。
我将本次的课程设计划分为五个章节，下面是每个章节的具体内容：
第一章先是阐述了课题研究的背景及意义，然后对IIC总线接口目前的研究领域现状进行了简要的分析。
第二章主要是对IIC总线规范进行了深入的研究，包括总线的构成、特点以及工作原理都做了简要的阐述，另外对总线的数据传输进行了简单的描述。
第三章主要是硬件的设计，主要讲述了电路图以及各个模块的设计。
第四章主要是软件的设计，详细讲述了系统中涉及到的软件、选用的编程语言以及每个模块的设计。
第五章是对系统进行仿真测试，不断调试得出最后的结果，并对本次课程设计进行总结。
第二章 IIC总线规范研究
2.1IIC总线简述
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2研究领域的现状 1
1.3本文的内容及安排 2
第二章 IIC总线规范研究 3
2.1IIC总线简述 3
2.1.1IIC总线按宋体、小四号的构成 3
2.1.2 IIC总线的特点 3
2.2 IIC总线的工作原理 4
2.2.1 IIC总线的信号类型及时序 4
2.2.2 IIC总线的数据传输 6
2.3 IIC总线的数据传输模式 7
2.3.1 寻址字节 7
2.3.2 写操作 8
2.3.3 读操作 8
第三章 硬件设计 9
3.1硬件设计及电路原理图 9
3.2 各个模块硬件设计 11
3.2.1 按键消抖模块设计 11
3.2.2 IIC总线接口模块设计 11
3.2.3 分频模块设计 12
3.2.4 数码管显示模块设计 12
第四章 软件设计 14
4.1 FPGA的简介 14
4.2 IIC总线接口的状态机设计 14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.1.1 Verilog HDL的简介 14
4.1.2 状态机设计 14
第五章 仿真和总结 16
5.1准备工作 16
5.2仿真结果 17
5.3总结 18
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
附录 22
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
如今电子科技在飞快地发展，需要彼此通讯以及和外界通讯的集成电路正在变得日益复杂。双向双线IIC串行总线（Intel Integrated Circuit Bus）是Philips半导体公司在20世纪80年代初研发出来的，目的是设计电路的时候更简单。用IIC总线的双向数据线SDA和时钟线SCL这两根信号线就能进行通迅，凡是有IIC接口的设备都可以直接使用这两根信号线与其他设备通讯。IIC总线具备高通信效率、使用较少传输线等特征，另外凭借简单的接口、简便的控制操作，IIC总线受到越来越多的电路设计师们的青睐，被广泛应用在嵌入式微处理结构设计之中。
目前GAL、CPLD等一些可编程设备在不断发展，现场可编程门阵列（FPGA）正是由这些可编程设备发展到一定阶段的产品。微电子技术与专用集成电路（ASIC）的建设使得体系的可靠性获得了很大的进步，然而ASIC的计划周期长且不够灵活，现在利用FPGA则能够有效提高电路设计的灵活性、扩大应用范围及可编程设备的门电路数。有了FPGA的体系设计，最终的设备将会被设计的越来越小，同时会减少本钱、降低系统功耗，因此，FPGA被普遍使用在各个范畴。
现在，由集成电路产商制造的IIC总线设备的功能日益完善，IIC总线是由主机掌控的，如果增加额外的控制设备就要增加额外的版子面积，这样成本就得增加。所以，在特定条件下按照IIC总线规范，将有广泛应用的FPGA和IIC总线设备完成无缝对接会是更加经济的解决办法，此外还能很大程度上缩减电路体系的开发时间，具有强大的实用性。
1.2研究领域的现状
嵌入式体系正在向小型化、低功耗等目标努力。在有些电路体系中，因为功能多而需要额外的外围接口设备，要是用以往的并行传输方式，虽然能缩减时间，但是使得体系更复杂，资源、成本用得更多了。如今，很多公司都采用Philips公司的IIC总线，这在减小电路复杂性、增加设计灵活性、减少研发周期、降低设备成本等方面都获得了很大的便利。
IIC总线在被定为通用的总线标准后，凭着严格而全面的协议、扩展便利性、允许多个芯片等特征，已经被应用到微控制设备中。IIC总线在通信、消费等范畴有众多应用，并且许多设备上都装有IIC接口，其功能日益壮大。因此国内外的很多机构在FPGA的IIC接口研究上都取得了不错的成果。
1.3本文的内容及安排
因为FPGA在集成电路中采用了半定制电路，这解决了原可编程门电路数量不足的问题，在很大程度上减少了电路的研发时间，因而深受广大硬件电路设计者的喜爱。本论文旨在在FPGA上完成IIC接口的设计，编写程序并进行仿真验证。
我将本次的课程设计划分为五个章节，下面是每个章节的具体内容：
第一章先是阐述了课题研究的背景及意义，然后对IIC总线接口目前的研究领域现状进行了简要的分析。
第二章主要是对IIC总线规范进行了深入的研究，包括总线的构成、特点以及工作原理都做了简要的阐述，另外对总线的数据传输进行了简单的描述。
第三章主要是硬件的设计，主要讲述了电路图以及各个模块的设计。
第四章主要是软件的设计，详细讲述了系统中涉及到的软件、选用的编程语言以及每个模块的设计。
第五章是对系统进行仿真测试，不断调试得出最后的结果，并对本次课程设计进行总结。
第二章 IIC总线规范研究
2.1IIC总线简述
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