I2C总线控制器的FPGA设计.doc

摘要：随着电子技术领域的飞速发展，越来越多的高端电子设备开始走入人们的生活，通过细微的观察，绝大多数电子产品都是智能的控制器与被控制器间的信息传递。鉴于I2C总线具有特定的连接功能，它可以把微控制器如CPU与外围设备器件连接起来。I2C总线具有的的串行两线式总线I2C总线以其简单性，多主控性，成本低，可扩展性能好的优点使其在电子领域，数字系统中应用应用颇为广泛。现如今，现场可编程逻辑门阵列FPGA（Field Programmable Gate Array）就是利用FPGA有着非常高的集成度高的优点可以来实现对数字电路系统设计，完成电路之间的数据信息传递的功能。

本课题是通过分析I2C控制器，利用Verilog语言来实现I2C总线控制器的FPGA设计完成硬件电路之间的数据通信。本文首先介绍了I2C总线的作用及发展历程、课题背景还有本课题的主要工作及论文组织。首先讨论了FPGA和Verilog语言编程，之后描述了I2C总线的协议规范和总体设计方法，然后根据设计要求将整个系统分为六大模块分级设计，在最后运用Modelism仿真测试环境对设计的模块进行仿真测试。

关键词：I2C总线；FPGA ；Modelism

目录

摘要

ABSTRACT

1　引言-1

2　FPGA和Verilog的简介-2

2.1　FPGA的介绍-2

2.1.1　FPGA基本原理-2

2.1.3　FPGA设计流程-3

2.2　Verilog HDL硬件描述语言简介-5

2.2.1　Verilog HDL历史-5

2.2.2　Verilog HDL特点-5

2.2.3　Verilog HDL的流程-6

3　I2C总线协议-7

3.1　I2C总线的构成及特点-7

3.1.1　I2C总线的基本构成特点-7

3.2　I2C总线的信号线与接口电路-7

3.3　I2C总线位传输-8

3.3.1　I2C总线数据的有效性-8

3.3.2　I2C总线的信号类型-8

3.4　I2C总线的数据传输-9

3.4.1　I2C总线传输的字节格式-9

3.4.2　I2C总线的应答响应-9

3.4.3　I2C总线的数据传输格式-10

3.5　产生重复起始条件的前提-11

4　总线控制器的设计-12

4.1　I2C总线控制器的顶层设计-12

4.2　内部模块的设计和Verilog实现-13

4.2.1　时钟分频器模块-13

4.2.2　接收寄存器模块-14

4.2.3　发送寄存器模块-15

4.2.4　时序控制模块-16

4.2.5　输出缓冲器-17

4.2.6　顶层文件设计-18

5　仿真测试-19

5.1　测试平台-20

5.2　Modelsim的时序仿真步骤-20

5.3　系统中各个模块的仿真与分析-22

结论-24

致谢-25

参考文献-26

附件-27