FPGA IIC驱动设计资料 - - Powered by Discuz!

标题: FPGA IIC驱动设计资料 [打印本页]

作者: 123456no 时间: 2018-4-10 19:16
标题: FPGA IIC驱动设计资料
黑金动力开发板IIC设计驱动

IIC 储存模块
IIC 储存器是笔者用来练习精密控时的经典例子。《整合篇》之际，IIC 储存器的解释，笔者也自认变态。如今笔者回头望去，笔者也不知道自己当初到底发什么神经，既然将IIC 的时序都解释一番。由于开发上板也嵌着 IIC 储存器（24LC04），笔者还得循例地介绍一下。

IIC 储存器是应用 IIC 总线的储存器，时序本身并不是很复杂不过缺有一大堆时序参数，而且官方提供的时序也不利于描述，所以许多时序都必须自行绘制，真是麻烦死人。麻烦归麻烦，笔者终究还要吃饭，为了肚子，再麻烦的事情也要硬着头皮捱过去 ... 这也是白骆驼的恶作剧！

图 16.1 是 IIC 总线与 IIC 设备常见的示意图。理想上，一条 IIC 总线允许千万 IIC 设备占据在上 ... 物理下，一条 IIC 总监究竟允许多少 IIC 设备占据其中必须根据设备地址的长度。默认下，设备地址为八位宽，因此设备地址也称为设备字节。设备地址的高四位，即[7..4]记录硬件 ID，接续三位即 [3..1] 则记录硬件地址，最后一位则是设备的访问方向。结果如表 16.1 所示：

所谓硬件 ID 就是 IIC 设备的辨识 ID，硬件 ID 会随着厂商还有设备的种类而有所改变。开发板上的 IIC 设备是某厂商的 IIC 储存器，即 24LC04，硬件 ID 为 4’b1010。至于硬件地址就是 IIC 设备在总线上辨识地址，默认下为 3 位，即同类的 IIC 设备在同一条 IIC总线上仅允许占据 8 个而已。然而，开发板上的 24LC04 为 3’b000。最后的访问方向位则是主机用来通知从机，此刻的访问目的是读还是写。

总结来说，设备地址除了访问方向以外，前七位一般都是固定的，例如开发板的 IIC 储存器 24LC04，设备地址就是 8’b1010_000_×。

IIC 总线的时序，感觉上一组完成的操作宛如是一堆拼图。如图 16.2 所示，那是 24LC04的写操作，时序先填上为起始位，再来是设备地址，余下是应答位，随之是数据地址，然后又是应答位，接着是写如数据，再一次应答位，最后挂上结束位以示一次性的写操作已经完成。那么，写操作的经过如下所示：

（一）主机发送起始位；
（二）主机发送设备地址（写）；
（三）等待从机应答；
（四）主机发送数据地址；
（五）等待从机应答；
（六）主机发送数据；
（七）等待从机应答；
（八）主机发送结束位。

读者稍微注意一下设备地址的最低位，笔者稍微用蓝色将其高亮。由于此刻是写操作，所以设备地址的访问方向是“写”，所以访问方向位设置为 0。

图 16.3是 24LC04 的读时序，同样它也是由一堆“拼图”组合而成。相较写操作，读操作不仅多了许多“拼图”，而且途中也改变访问方向。那么，读操作的经过如下所示：

（一）主机发送起始位；
（二）主机发送设备地址（写）；
（三）等待从机应答；
（四）主机发送数据地址；
（五）主机发送起始位；
（六）主机发送设备地址（读）；
（七）等待从机应答；
（八）主机读取数据；
（九）从机没有应答（主机无视应答）；
（十）主机发送结束位。
未进入正题之前，请允许笔者加入一些小插曲。IIC 总线是一种低速的总线，不过 IIC总线有 100Khz 还有 400Khz 两种速率提供我们选择，要么 100Khz，要么 400Khz，要么两者兼施，不管哪一种《整合篇》都曾实验过。在此，实验十六会以 400Khz 的速率作为标准。

笔者曾在前面说过，IIC 总线之所以麻烦，因为 IIC 总线有大小不同的时序参数（时间参数）。一般而言，时间参数都都被顺序语言一笑而过，那是因为顺序语言无法实现精密控时。虽然描述语言也可以一笑而过，但是语言的本质却不允我们这么作，如果我们选择无视时序参数 ... 那么，打从一开始我们还是不学为好。

此外，描述 IIC 的总线时序有各种各样的方法，但是笔者会选择表达能力更高，控制能力更细的描述手段。我们知道 IIC 的总线时序是由一块又一块的拼图拼凑而成，当我们在建模的时候，我们会针对各个拼图作出局部性的描述。期间，我们也必须考虑各种时序参数，如表 16.2 所示：

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