CPLD实现的I2C总线接口设计与优化

"本文主要介绍了如何使用CPLD来设计一个I2C总线接口，以便让不具备I2C接口的CPU能通过并行接口控制I2C总线设备。设计重点在于通过CPLD实现I2C的开始和结束信号生成，以及串行和并行数据之间的转换，从而简化系统程序设计，减少CPU资源占用。" I2C总线是一种广泛应用于电子设备间的通信协议，由数据线SDA和时钟线SCL构成，它允许在多个设备间以低速率传输数据，只需要两根线即可实现双向通信。对于那些不支持I2C协议的CPU，通常需要通过软件模拟来生成必要的控制时序，这会增加编程复杂度并占用大量的CPU时间。 CPLD（复杂可编程逻辑器件）在这种情况下起到了关键作用。CPLD是一种可编程逻辑器件，它可以根据设计者的需求配置为实现特定的逻辑功能。在本文中，CPLD被用来生成I2C总线的开始和结束信号，并执行并行数据到串行数据的转换，以及反向转换。这样，CPU可以通过并行接口简单地控制CPLD，进而间接控制I2C总线上的设备，极大地简化了系统设计，减轻了CPU的负担。 I2C总线的核心信号包括： 1. 开始信号：由主机在SCL高电平时使SDA线由高变低，宣告数据传输的开始。 2. 结束信号：主机在SCL高电平时使SDA线由低变高，表示传输结束。 3. 应答信号：接收数据的设备在接收完8位数据后，通过拉低SDA线向发送方发送确认信号。 4. 数据传输信号：数据按位在SCL的上升沿稳定，下降沿变化，确保数据在传输过程中的准确性。 I2C的数据传输有多种模式，如： 1. 字节写：向指定地址写入一个字节的数据。 2. 页面写：向同一地址连续写入多个字节（通常不超过设备定义的最大长度）。 3. 当前地址读：从当前写操作的地址读取数据。 4. 随机地址读：指定任意地址进行读取。 5. 顺序读：从当前地址开始连续读取多个字节。 通过CPLD实现的I2C接口模块可以轻松地集成到现有系统中，使得不支持I2C的CPU也能方便地利用I2C总线与众多I2C兼容设备通信。这种方法提高了系统的灵活性，降低了设计的复杂性，同时保持了I2C总线的高效性和可靠性。