BH1750FPGA状态机

### BH1750 FPGA 状态机设计与实现

#### 一、概述
BH1750 是一款高精度的环境光传感器，通过 IIC 接口通信。为了在 FPGA 中控制该器件并读取其测量的数据，可以采用有限状态机（FSM）来管理整个过程。

#### 二、IIC 协议简介
IIC 总线是一种两线制串行总线标准，用于连接微控制器及其外围设备。它规定了主机和从机之间的数据交换方式，其中SCL负责同步时钟信号而SDA则用来传输实际的数据位流[^1]。

#### 三、状态机的设计思路
针对 BH1750 的操作需求，在此构建的状态机会经历以下几个主要阶段：

- **IDLE**: 初始等待态；
- **START**: 发送启动条件给目标芯片；
- **ADDR_W**: 将地址字节写入到 SDA 上，并附带方向标志 (R/W)；
- **CMD_WRITE**: 向寄存器内写命令码；
- **RESTART**: 准备重新发起一次新的事务前先释放掉当前占用资源；
- **ADDR_R**: 类似于 ADDR_W 只不过这次是要准备读回响应信息；
- **READ_DATA**: 获取来自 BH1750 返回的有效负载部分；
- **STOP**: 结束本次会话流程并向对方发出停止指示符；

这些状态下每一个都对应着特定的动作序列以及相应的输入/输出变化情况。

#### 四、VHDL 实现片段
以下是基于上述描述的一个简化版 VHDL 描述框架，展示了如何利用进程语句去定义各个不同工作模式下的行为逻辑关系:

type state_type is (IDLE, START, ADDR_W, CMD_WRITE, RESTART, ADDR_R, READ_DATA, STOP);
signal current_state : state_type := IDLE;

process(clk)
begin
    if rising_edge(clk) then
        case current_state is
            when IDLE =>
                -- Wait until start condition detected
                
            when START =>
                -- Generate Start Condition on I2C Bus
            
            when ADDR_W =>
                -- Send Address with Write Bit set
                
            when CMD_WRITE =>
                -- Transmit Command Byte to Device
                
            when RESTART =>
                -- Perform Restart Sequence
                
            when ADDR_R =>
                -- Send Address with Read Bit Set
                
            when READ_DATA =>
                -- Capture Data from Sensor
                
            when STOP =>
                -- Issue Stop Condition and Return to Idle State
                
            when others => null;
        end case;
    end if;
end process;

请注意这只是一个非常基础的例子，具体细节还需要根据实际情况调整优化。

#### 五、注意事项
考虑到 IIC 协议本身的特点，在编写代码过程中需要注意以下几点事项：
- 正确配置时序参数以匹配所选波特率的要求。
- 处理好起始条件、应答确认机制等问题。
- 对于某些特殊型号可能存在的额外特性也要加以考虑进去比如 PHA 设置等[^3]。