"这篇文档主要介绍了I2C协议的基本概念以及如何通过代码实现I2C通信。"
I2C(Inter-Integrated Circuit)协议是一种由飞利浦(现为NXP半导体)开发的多主控、多从设备的串行通信协议,常用于微控制器与外部设备之间的通信。I2C协议主要依赖两条线:Serial Data (SDA) 和 Serial Clock (SCL),在这些线上,主设备(通常是微控制器)控制通信,并向从设备发送命令,从设备则响应主设备的请求。
在I2C协议中,数据在SCL为高电平时必须保持稳定,而在SCL为低电平时可以改变。一次完整的传输通常包括多个命令,主设备根据输入的命令组合来执行一系列操作,实现特定的传输序列。
I2C通信过程涉及以下几个关键状态:
1. IDLE(空闲状态):系统处于等待新命令的状态。
2. GEN_STA(起始信号状态):主设备发出起始信号,开始一个新的传输。
3. WR_DATA(写数据状态):主设备向从设备发送数据。
4. RD_DATA(读数据状态):主设备从从设备读取数据。
5. CHECK_ACK(检测从机应答状态):主设备检查从设备是否正确接收了数据(从设备会在接收到数据后发送一个应答位)。
6. GEN_ACK(给从机应答状态):主设备向从设备发送应答位,确认已接收到数据。
7. GEN_STO(停止位状态):主设备发送停止信号,结束当前传输。
在实际的硬件实现中,需要对时钟进行分频以满足I2C协议的要求。例如,如果系统时钟为50MHz,而I2C时钟要求为400kHz,则需要计算合适的分频系数SCL_CNT_M。在这个例子中,SCL_CNT_M被设定为(50MHz / 400kHz / 4 - 1)。此外,还需要定义一个计数器div_cnt,当它达到SCL_CNT_M时,表示SCL时钟的上升沿到来。
代码实现中,`i2c_sdat`是SDA线的数据信号,`i2c_sdat_oe`是SDA线的输出使能,`en_div_cnt`控制计数器的启动,`state`表示当前状态机的状态,`Go`信号触发传输的开始。在空闲状态下,主设备关闭SDA线的输出(`i2c_sdat_oe<=1'd0`),并等待新的传输指令(`Go`信号)。
当`Go`信号到来时,状态机开始执行传输,初始化各种信号,并进入IDLE状态。在IDLE状态下,主设备等待进一步的命令,如需要发送数据则进入WR_DATA状态,或在读取数据时进入RD_DATA状态。整个过程通过状态机的切换和计数器的控制,确保了数据的正确传输和时序的遵循。
I2C协议的实现涉及到对协议规范的理解、时序控制的精确度以及状态机的设计。理解这些概念有助于在实际项目中有效地使用和实现I2C通信。