Verilog实现 i2c
时间: 2023-08-03 16:08:55 浏览: 37
以下是一个简单的Verilog代码示例,展示如何实现I2C总线的Master和Slave模块。该代码仅提供基本的I2C功能,不包含错误检查或纠正。
I2C Master模块:
```verilog
module i2c_master(
input clk,
input rst_n,
output scl,
inout sda
);
// 定义I2C状态
parameter IDLE = 2'b00;
parameter START = 2'b01;
parameter WRITE = 2'b10;
parameter READ = 2'b11;
reg [7:0] data_out; // 发送数据
reg [7:0] data_in; // 接收数据
reg [3:0] addr; // 设备地址
reg [2:0] state; // I2C状态
reg sda_dir; // SDA方向
reg bit_cnt; // SDA数据位计数器
reg byte_cnt; // 发送/接收字节计数器
// 初始化
initial
begin
state <= IDLE;
sda_dir <= 1'b1;
bit_cnt <= 1'b0;
byte_cnt <= 8'd0;
end
// 时钟上升沿
always@(posedge clk)
begin
if(!rst_n) // 复位
begin
state <= IDLE;
sda_dir <= 1'b1;
bit_cnt <= 1'b0;
byte_cnt <= 8'd0;
end
else // 正常操作
begin
case(state)
IDLE: // 空闲状态
begin
sda_dir <= 1'b1;
if(data_out != 8'b0) // 如果有数据需要发送
state <= START;
end
START: // 发送起始位
begin
scl <= 1'b1;
sda_dir <= 1'b0;
sda <= 1'b0;
bit_cnt <= 1'b0;
byte_cnt <= 8'd0;
state <= WRITE;
end
WRITE: // 写数据
begin
if(bit_cnt == 8'b100) // 一个字节发送完毕
begin
sda_dir <= 1'b1;
byte_cnt <= byte_cnt + 1;
if(byte_cnt == 8'd1) // 发送设备地址
addr <= data_out[7:1];
else if(byte_cnt == 8'd2) // 发送寄存器地址
addr <= data_out;
else if(byte_cnt == 8'd3) // 发送数据
begin
addr <= data_out[7:1];
state <= START;
end
bit_cnt <= 1'b0;
end
else
begin
sda <= data_out[bit_cnt];
bit_cnt <= bit_cnt + 1;
end
end
READ: // 读数据
begin
if(bit_cnt == 8'b100) // 一个字节接收完毕
begin
data_in <= {data_in[6:0], sda};
sda_dir <= 1'b1;
byte_cnt <= byte_cnt + 1;
if(byte_cnt == 8'd1) // 发送设备地址
addr <= data_out[7:1];
else if(byte_cnt == 8'd2) // 发送寄存器地址
begin
addr <= data_out;
state <= START;
end
bit_cnt <= 1'b0;
end
else if(bit_cnt == 8'b000) // 读取ACK位
begin
sda_dir <= 1'b1;
sda <= 1'b1;
bit_cnt <= bit_cnt + 1;
end
else // 读取数据位
begin
sda_dir <= 1'b1;
sda <= 1'b0;
bit_cnt <= bit_cnt + 1;
end
end
endcase
end
end
endmodule
```
I2C Slave模块:
```verilog
module i2c_slave(
input scl,
inout sda
);
// 定义I2C状态
parameter IDLE = 2'b00;
parameter ADDR_MATCH = 2'b01;
parameter WRITE = 2'b10;
parameter READ = 2'b11;
reg [7:0] data_out; // 发送数据
reg [7:0] data_in; // 接收数据
reg [3:0] addr; // 设备地址
reg [2:0] state; // I2C状态
reg sda_dir; // SDA方向
reg bit_cnt; // SDA数据位计数器
reg byte_cnt; // 发送/接收字节计数器
// 初始化
initial
begin
state <= IDLE;
sda_dir <= 1'b1;
bit_cnt <= 1'b0;
byte_cnt <= 8'd0;
end
// 时钟上升沿
always@(posedge scl)
begin
case(state)
IDLE: // 空闲状态
begin
sda_dir <= 1'b1;
if(~scl && ~sda) // 接收到起始位
begin
state <= ADDR_MATCH;
bit_cnt <= 1'b0;
byte_cnt <= 8'd0;
end
end
ADDR_MATCH: // 地址匹配
begin
if(scl && sda) // 结束位
begin
sda_dir <= 1'b0;
bit_cnt <= 1'b0;
byte_cnt <= 8'd0;
state <= IDLE;
end
else if(scl && ~sda) // 接收到设备地址
begin
addr <= sda[6:3];
state <= WRITE;
sda_dir <= 1'b0;
bit_cnt <= 1'b0;
byte_cnt <= 8'd0;
end
end
WRITE: // 写数据
begin
if(bit_cnt == 8'b100) // 一个字节接收完毕
begin
data_in <= {data_in[6:0], sda};
sda_dir <= 1'b1;
byte_cnt <= byte_cnt + 1;
if(byte_cnt == 8'd1) // 接收到寄存器地址
addr <= data_in;
else if(byte_cnt == 8'd2) // 接收到数据
begin
data_out <= data_in;
state <= READ;
end
bit_cnt <= 1'b0;
end
else // 接收数据位
begin
sda_dir <= 1'b0;
bit_cnt <= bit_cnt + 1;
end
end
READ: // 读数据
begin
if(bit_cnt == 8'b100) // 一个字节发送完毕
begin
sda_dir <= 1'b1;
byte_cnt <= byte_cnt + 1;
if(byte_cnt == 8'd1) // 发送ACK位
data_out <= 8'b0;
else if(byte_cnt == 8'd2) // 发送数据
begin
data_out <= data_out[6:0];
state <= WRITE;
end
bit_cnt <= 1'b0;
end
else // 发送数据位
begin
sda_dir <= 1'b1;
sda <= data_out[bit_cnt];
bit_cnt <= bit_cnt + 1;
end
end
endcase
end
endmodule
```