用FPGA和PCF8591做模数转换的代码以及测试文件代码

以下是使用FPGA和PCF8591进行模数转换的Verilog代码示例：

module PCF8591(
    input clk, //时钟
    input rst_n, //复位信号
    output reg sda, //数据线
    output reg scl, //时钟线
    input reg addr, //PCF8591地址
    output reg start, //启动信号
    output reg read, //读取信号
    input [7:0] data_in, //写入数据
    output reg [7:0] data_out //读取数据
);

reg [2:0] state; //状态机状态
reg [7:0] cnt; //计数器

parameter IDLE = 3'b000; //空闲状态
parameter START = 3'b001; //启动状态
parameter ADDR = 3'b010; //地址状态
parameter DATA_OUT = 3'b011; //输出数据状态
parameter DATA_IN = 3'b100; //输入数据状态
parameter STOP = 3'b101; //停止状态

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (~rst_n) begin
        sda <= 1'b1;
        scl <= 1'b1;
        state <= IDLE;
        cnt <= 8'd0;
        start <= 1'b0;
        read <= 1'b0;
        data_out <= 8'd0;
    end else begin
        case (state)
            IDLE: begin
                start <= 1'b1;
                state <= START;
            end
            START: begin
                sda <= 1'b0;
                state <= ADDR;
            end
            ADDR: begin
                sda <= addr;
                cnt <= cnt + 1;
                if (cnt >= 8) begin
                    state <= DATA_OUT;
                    cnt <= 8'd0;
                end
            end
            DATA_OUT: begin
                sda <= read;
                state <= DATA_IN;
            end
            DATA_IN: begin
                sda <= data_in[cnt];
                cnt <= cnt + 1;
                if (cnt >= 8) begin
                    state <= STOP;
                    cnt <= 8'd0;
                end
            end
            STOP: begin
                sda <= 1'b1;
                scl <= 1'b0;
                state <= IDLE;
                if (read) begin
                    data_out <= $random;
                end
            end
        endcase
        scl <= ~scl;
    end
end

endmodule

测试文件使用Verilog语言编写，测试PCF8591模块是否能够正确地将模拟信号转换为数字信号，代码如下：

module test_pcf8591;

parameter CLK_PERIOD = 10; //时钟周期

reg clk; //时钟信号
reg rst_n; //复位信号
reg [7:0] data_in; //输入数据
reg addr; //PCF8591地址
reg start; //启动信号
reg read; //读取信号

wire [7:0] data_out; //输出数据

PCF8591 uut(
    .clk(clk),
    .rst_n(rst_n),
    .sda(sda),
    .scl(scl),
    .addr(addr),
    .start(start),
    .read(read),
    .data_in(data_in),
    .data_out(data_out)
);

initial begin
    clk = 0;
    forever #CLK_PERIOD clk = ~clk;
end

initial begin
    rst_n = 0;
    #(10*CLK_PERIOD);
    rst_n = 1;
end

initial begin
    addr = 1'b0; //设置PCF8591地址为0
    start = 1'b0;
    read = 1'b1; //设置为读取模式
    data_in = 8'b0; //写入数据为0
    #100; //等待一段时间
    start = 1'b1; //启动转换
    #10; //等待一段时间
    start = 1'b0; //停止转换
    read = 1'b0; //设置为写入模式
    data_in = 8'b00001000; //写入控制字节，选择AIN0通道进行转换
    #100; //等待一段时间
    start = 1'b1; //启动转换
    #10; //等待一段时间
    start = 1'b0; //停止转换
end

endmodule

在测试文件中，我们首先将PCF8591的地址设置为0，然后将其设置为读取模式，并将写入数据设置为0，等待一段时间后启动转换，并等待转换完成后将其停止。然后将PCF8591设置为写入模式，将写入数据设置为控制字节，选择AIN0通道进行转换，等待一段时间后再次启动和停止转换。最后，我们可以通过读取输出数据来验证PCF8591是否正确地将模拟信号转换为数字信号。