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IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现FPGA)

7月前 作者：小凋 分类：Toy博客 阅读(48) 违法举报

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现FPGA)。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现/FPGA)

该文章结合PCF8591 8-bit AD/DA 模数/数模转换器来详细介绍IIC通信协议，尽量做到条理清晰，通俗易懂。该文图片均从PCF8591手册中截取，一定程度上引导读者学习阅读data sheet。

之后可能会更新如何将IIC的Verilog实现变为一个IP核，并在pynq-Z2板子上使用。

1. PCF8591引脚

IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现FPGA)

2. 功能介绍

2.1 地址位

在I2C总线系统中，每个PCF8591设备都通过发送一个有效地址来激活。地址由固定部分和可编程部分组成。可编程部分必须根据地址引脚A0、A1和A2进行设置。在I2C总线协议中，地址必须始终作为起始条件后的第一个字节发送。地址字节的最后一位是读/写位，它设置了后续数据传输的方向。
IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现FPGA)
IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现FPGA)

在市面上我们所购买到的PCF8591 模数/数模转换器已经被集成到了PCB板上，根据博主的调研，其PCB的原理图绘制如上图所示。

其中A0，A1，A2均接GND，所以在进行DA转换时，发送的写地址位应为8‘h90；在进行AD转换时，先发送的写地址位应为8’h90，再发送读地址位为8‘h91。

2.2 控制位

发送到PCF8591设备的第二个字节将被存储在其控制寄存器中，并用于控制设备功能。

控制寄存器的高四位用于启用模拟输出，并将模拟输入编程为单端或差分输入。低四位选择由高四位定义的一个模拟输入通道。

如果设置了自动递增标志，每次A/D转换后通道号将自动递增。

  • 如下图所示，假设我们要进行D/A转换，即将数字信号输入转换为模拟信号输出：

    1. 我们要允许模拟输出，即把control byte第6位（从0开始，从右往左数）设为1；
    2. 此时不需要模拟信号输入，所以将第5位和第4位均设为0；
    3. 第1位和第0位为选择的模拟输出通道，在这里我们选择channel 0通道输出，则第1位和第0位为00；
    4. 不需要自动递增，则将第2位设为0。

    综上所述，我们需要发送的control byte为8‘b0100_0000，即8’h40。

  • 假设我们要进行A/D转换，即将模拟信号输入转换为数字信号输出：

    1. 我们要关闭模拟输出，即把control byte第6位（从0开始，从右往左数）设为0；
    2. 此时需要模拟信号输入，选择每个信号均为单通道输入，所以将第5位和第4位均设为0；
    3. 第1位和第0位为选择的模拟输入通道，在这里我们选择channel 0通道输出，则第1位和第0位为00；
    4. 不需要自动递增，则将第2位设为0。

    综上所述，我们需要发送的control byte为8‘b0000_0000，即8’h00。

IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现FPGA)

2.3 D/A 转换

发送到PCF8591设备的第三个字节存储在DAC数据寄存器中，并使用芯片内的D/A转换器将其转换为相应的模拟电压。

D/A转换序列的波形如下图所示。在PCF8591的D/A转换中，我们需要先发送写地址位8’h90，再发送控制位8‘h40，最后再发送想要转换的数字信号数据。

IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现FPGA)

2.4 A/D 转换

A/D转换器采用逐次逼近转换技术。在发送有效的读取模式地址到PCF8591设备后，始终会启动A/D转换周期。 A/D转换周期在应答时钟脉冲的下降沿触发，并在传输上一次转换的结果时执行，详情参见下图所示。

一旦触发了转换周期，所选通道的输入电压样本将存储在芯片上，并转换为相应的8位二进制代码。

转换结果存储在ADC数据寄存器中，并等待传输。如果设置了自动递增标志，则选择下一个通道。

A/D转换序列的波形如下图所示。

IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现FPGA)

3. D/A转换及IIC通信协议波形详解

在有了上面的基本认识后，我们开始详细介绍IIC通信协议中SDA和SCL的波形。

在开始D/A转换时，即IIC通信中主设备向从设备发送信号，我们需要模拟主设备的SDA和SCL信号。

在该例子中主设备可以为包括FPGA在内的任意设备，而从设备为PCF8591，其他从设备也可以类比。

3.1 空闲状态

如下图所示，在总线空闲时，数据线（SDA）和时钟线（SCL）都保持高电平。

3.2 开始状态（START condition）

如下图所示，当D/A转换开始时，时钟线（SCL）仍为高电平，数据线（SDA）从高电平跳变到低电平，这被定义为起始条件。

从设备在检测到起始条件后，会等待主设备发送地址和读/写位，以确定是否需要参与到通信过程中。

IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现FPGA)

3.3 写状态

如2.1部分及2.2部分所说，在PCF8591的D/A转换中，我们需要先发送写地址位8’h90，再发送控制位8‘h40，最后再发送想要转换的数字信号数据。

归根结底，我们向从机发送地址位、控制位和数字信号数据其实都是在向从机写入数据，并且每个数据都是8-bit，所以在这三个阶段时钟线（SCL）和数据线（SDA）所遵循的规则是一样的。

IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现FPGA)
IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现FPGA)
现在详细解释一下，在一个发送8-bit数据时，SDA和SCL的信号变化（数据由高位到低位传输）。

在IIC通信协议中，发送数据过程中，SCL信号为低电平时SDA信号可以发生变化，而在SCL为高电平时，SDA信号有效，应保持不变，所以SDA信号1bit、1bit地传输数据时，SCL信号也对应地由低变高再由低边高。

！！！！！！！！！！！！！！！！！！！以下开始为重点！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！

如上图所示，承接开始状态时SDA从高电平跳转为低电平，向从机发送数据，写状态开始。

  1. 在开始状态SDA变为低电平后，SCL需要至少经过 t H D ;   S T A t_{HD;\ STA} tHD; STA​ μ s \mu s μs，即4.7 μ s \mu s μs后才能下拉为低电平。
  2. 并且SCL低电平的时间至少要持续 t L O W t_{LOW} tLOW​ μ s \mu s μs，即4.7 μ s \mu s μs才能再度变为高电平，在这期间，SDA开始传输数据，即这段时间内SDA信号可以发生变化。
  3. 在 t L o w t_{Low} tLow​ μ s \mu s μs过去后，SCL变为高电平，此时SDA信号有效（即SDA所表示的0、1数据被写入从机对应的寄存器中），SCL高电平的时间至少维持 t H I G H t_{HIGH} tHIGH​ μ s \mu s μs，即4.0 μ s \mu s μs。在此期间SDA信号不能发生改变，否则会导致信号传输错误。
  4. 在 t H I G H t_{HIGH} tHIGH​ μ s \mu s μs过去后，SCL又变为低电平，此时进入下 1 bit的传输，重复1~4步骤的内容，循环8次，直到传输完8-bit的数据为止（每循环一次代表传输1bit）。
  5. 在传输完8-bit的数据后，从机会返回一个Acknowledge信号（ACK信号，即应答信号），此时主机应该释放SDA信号线（特别注意，SDA信号线是inout类型，可以由外部传输数据进来，也可以由内部传输信号出去），以便从机控制SDA信号线传输ACK信号（应答信号），即该阶段的SDA信号线表示的是ACK信号。如果ACK信号为低电平时（因为SDA信号线在默认状态下会被拉为高电平，所以将下拉为低电平作为有效信号），说明传输成功，可以继续进行下一个8-bit数据的传输或是结束传输，转为终止状态（STOP condition）；如果ACK信号为高电平时，说明传输失败，转为空闲状态。
  6. 在接收ACK信号时，SCL信号和在发送1 bit的数据时一样，先经过 t L O W t_{LOW} tLOW​ μ s \mu s μs变为高电平，再经过 t H I G H t_{HIGH} tHIGH​ μ s \mu s μs后变为低电平，此时ACK信号接收完成。

3.4 终止状态（STOP）

在终止状态时SCL信号先变成高电平，在至少经过 t S U ;   S T O t_{SU;\ STO} tSU; STO​ μ s \mu s μs，即4.0 μ s \mu s μs后SDA才能变为高电平，至此D/A转换结束，IIC通信协议结束。

3.5 D/A转换代码（Verilog实现）

module DAC_I2C
(
	input				clk_in,		//系统时钟
	input				rst_n_in,	//系统复位，低有效
 
	output	reg			dac_done,	//DAC采样完成标志
	input		[7:0]	dac_data,	//DAC采样数据
 
	output				scl_out,	//I2C总线SCL
	inout				sda_out		//I2C总线SDA
);
 
	parameter	CNT_NUM	=	15;
 
	localparam	IDLE	=	3'd0;
	localparam	MAIN	=	3'd1;
	localparam	START	=	3'd2;
	localparam	WRITE	=	3'd3;
	localparam	STOP	=	3'd4;
 
	//根据PCF8591的datasheet，I2C的频率最高为100KHz，
	//我们准备使用4个节拍完成1bit数据的传输，所以需要400KHz的时钟触发完成该设计
	//使用计数器分频产生400KHz时钟信号clk_400khz
	//其中CNT_NUM控制分配器的分频，例如如果FPGA的时钟为50MHz，则CNT_NUM = 125，因为400K*125 = 50MHz
	reg					clk_400khz;
	reg		[9:0]		cnt_400khz;
	always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin
		if(!rst_n_in) begin
			cnt_400khz <= 10'd0;
			clk_400khz <= 1'b0;
		end else if(cnt_400khz >= CNT_NUM-1) begin
			cnt_400khz <= 10'd0;
			clk_400khz <= ~clk_400khz;
		end else begin
			cnt_400khz <= cnt_400khz + 1'b1;
		end
	end
 
	reg		[7:0]		adc_data_r;
	reg					scl_out_r;
	reg					sda_out_r;
	reg		[2:0]		cnt;
	reg		[2:0]		cnt_main;
	reg		[7:0]		data_wr;
	reg		[2:0]		cnt_start;
	reg		[2:0]		cnt_write;
	reg		[2:0]		cnt_stop;
	reg		[2:0] 		state;
 
	always@(posedge clk_400khz or negedge rst_n_in) begin
		if(!rst_n_in) begin	//如果按键复位，将相关数据初始化
			scl_out_r <= 1'd1;
			sda_out_r <= 1'd1;
			cnt <= 1'b0;
			cnt_main <= 1'b0;
			cnt_start <= 1'b0;
			cnt_write <= 3'd0;
			cnt_stop <= 1'd0;
			dac_done <= 1'b1;
			state <= IDLE;
		end else begin
			case(state)
				IDLE:begin	//软件自复位，主要用于程序跑飞后的处理
						scl_out_r <= 1'd1;
						sda_out_r <= 1'd1;
						cnt <= 1'b0;
						cnt_main <= 1'b0;
						cnt_start <= 1'b0;
						cnt_write <= 3'd0;
						cnt_stop <= 1'd0;
						dac_done <= 1'b1;
						state <= MAIN;
					end
				MAIN:begin
						if(cnt_main >= 3'd3) cnt_main <= 3'd3;  //对MAIN中的子状态执行控制cnt_main
						else cnt_main <= cnt_main + 1'b1;
						case(cnt_main)
							3'd0:	begin state <= START; end	//I2C通信时序中的START
							3'd1:	begin data_wr <= 8'h90; state <= WRITE; end	//A0,A1,A2都接了GND，写地址为8'h90
							3'd2:	begin data_wr <= 8'h40; state <= WRITE; end	//control byte为8'h40，打开DAC功能
							3'd3:	begin data_wr <= dac_data; state <= WRITE; dac_done <= 1'b0; end	//需要进行DAC转换的数据
							3'd4:	begin state <= STOP; end	//I2C通信时序中的结束STOP
							default: state <= IDLE;	//如果程序失控，进入IDLE自复位状态
						endcase
					end
				START:begin	//I2C通信时序中的起始START
						if(cnt_start >= 3'd5) cnt_start <= 1'b0;	//对START中的子状态执行控制cnt_start
						else cnt_start <= cnt_start + 1'b1;
						case(cnt_start)
							3'd0:	begin sda_out_r <= 1'b1; scl_out_r <= 1'b1; end	//将SCL和SDA拉高，保持4.7us以上
							3'd1:	begin sda_out_r <= 1'b1; scl_out_r <= 1'b1; end	//clk_400khz每个周期2.5us，需要两个周期
							3'd2:	begin sda_out_r <= 1'b0; end	//SDA拉低到SCL拉低，保持4.0us以上
							3'd3:	begin sda_out_r <= 1'b0; end	//clk_400khz每个周期2.5us，需要两个周期
							3'd4:	begin scl_out_r <= 1'b0; end	//SCL拉低，保持4.7us以上
							3'd5:	begin scl_out_r <= 1'b0; state <= MAIN; end	//clk_400khz每个周期2.5us，需要两个周期，返回MAIN
							default: state <= IDLE;	//如果程序失控，进入IDLE自复位状态
						endcase
					end
				WRITE:begin	//I2C通信时序中的写操作WRITE和相应判断操作ACK
						if(cnt <= 3'd6) begin	//共需要发送8bit的数据，这里控制循环的次数
							if(cnt_write >= 3'd3) begin cnt_write <= 1'b0; cnt <= cnt + 1'b1; end
							else begin cnt_write <= cnt_write + 1'b1; cnt <= cnt; end
						end else begin
							if(cnt_write >= 3'd7) begin cnt_write <= 1'b0; cnt <= 1'b0; end	//两个变量都恢复初值
							else begin cnt_write <= cnt_write + 1'b1; cnt <= cnt; end
						end
						case(cnt_write)
							//按照I2C的时序传输数据
							3'd0:	begin scl_out_r <= 1'b0; sda_out_r <= data_wr[7-cnt]; end	//SCL拉低，并控制SDA输出对应的位
							3'd1:	begin scl_out_r <= 1'b1; end	//SCL拉高，保持4.0us以上
							3'd2:	begin scl_out_r <= 1'b1; end	//clk_400khz每个周期2.5us，需要两个周期
							3'd3:	begin scl_out_r <= 1'b0; end	//SCL拉低，准备发送下1bit的数据
							//获取从设备的响应信号并判断
							3'd4:	begin sda_out_r <= 1'bz; dac_done <= 1'b1; end	//释放SDA线，准备接收从设备的响应信号
							3'd5:	begin scl_out_r <= 1'b1; end	//SCL拉高，保持4.0us以上
							3'd6:	begin if(sda_out) state <= IDLE; else state <= state; end	//获取从设备的响应信号并判断
							3'd7:	begin scl_out_r <= 1'b0; state <= MAIN; end	//SCL拉低，返回MAIN状态
							default: state <= IDLE;	//如果程序失控，进入IDLE自复位状态
						endcase
					end
				STOP:begin	//I2C通信时序中的结束STOP
						if(cnt_stop >= 3'd5) cnt_stop <= 1'b0;	//对STOP中的子状态执行控制cnt_stop
						else cnt_stop <= cnt_stop + 1'b1;
						case(cnt_stop)
							3'd0:	begin sda_out_r <= 1'b0; end	//SDA拉低，准备STOP
							3'd1:	begin sda_out_r <= 1'b0; end	//SDA拉低，准备STOP
							3'd2:	begin scl_out_r <= 1'b1; end	//SCL提前SDA拉高4.0us
							3'd3:	begin scl_out_r <= 1'b1; end	//SCL提前SDA拉高4.0us
							3'd4:	begin sda_out_r <= 1'b1; end	//SDA拉高
							3'd5:	begin sda_out_r <= 1'b1; state <= MAIN; end	//完成STOP操作，返回MAIN状态
							default: state <= IDLE;	//如果程序失控，进入IDLE自复位状态
						endcase
					end
				default:;
			endcase
		end
	end
 
	assign	scl_out = scl_out_r;	//对SCL端口赋值
	assign	sda_out = sda_out_r;	//对SDA端口赋值
 
endmodule

4. A/D转换及IIC通信协议波形详解

4.1 A/D转换过程

A/D转换过程与D/A转换类似，只不过A/D转换比D/A多了一个读状态，用来读取由模拟信号转化为数字信号的数据。

  1. 设置从机工作状态：A/D转换先从空闲状态开始，再进入开始状态，再进入写状态，如2.1部分及2.2部分所说，我们先要发送写地址位8’h90，再发送控制位8‘h00，此时从机（PCF8591）被设置成A/D转换模式，此时模拟输入从channel 0通道进入，再进入终止状态结束此次通信。
  2. 读取从机返回数据：IIC通信再进入开始状态，再进入写状态，在写状态中如2.1部分所说，将读地址位8’h91写入从机对应的寄存器中，此时SDA信号线的数据即从机信号返回的数字信号的数据，然后IIC通信再进入读状态。

如果读者看到这里觉得很绕，没关系，文章最后的代码将状态转换写得十分清楚，下面我们先来讲解读状态。

4.2 读状态

读状态和写状态类似，一次也是读8-bit的数据，其中SCL信号的变化和写状态一致，SDA信号则要在读状态开始时设为1’bz，即主机释放SDA信号线，使得从机能够控制SDA信号线返回数字信号的数据（返回数据也由高到低返回），并且在每读完一个8-bit的数据后，主机应向从机发送ACK信号，即把SDA信号线拉低，表示传输成功，在这期间需要把SCL信号拉高并且维持 4.7 μ s 4.7 \mu s 4.7μs。

4.3 A/D转换代码（Verilog实现）

module ADC_I2C
(
	input				clk_in,		//系统时钟
	input				rst_n_in,	//系统复位，低有效
	output				scl_out,	//I2C总线SCL
	inout				sda_out,	//I2C总线SDA
	output	reg			adc_done,	//ADC采样完成标志
	output	reg	[7:0]	adc_data	//ADC采样数据
);
 
	parameter	CNT_NUM	=	15;
 
	localparam	IDLE	=	3'd0;
	localparam	MAIN	=	3'd1;
	localparam	START	=	3'd2;
	localparam	WRITE	=	3'd3;
	localparam	READ	=	3'd4;
	localparam	STOP	=	3'd5;
 
	//根据PCF8591的datasheet，I2C的频率最高为100KHz，
	//我们准备使用4个节拍完成1bit数据的传输，所以需要400KHz的时钟触发完成该设计
	//使用计数器分频产生400KHz时钟信号clk_400khz
  	//其中CNT_NUM控制分配器的分频，例如如果FPGA的时钟为50MHz，则CNT_NUM = 125，因为400K*125 = 50MHz
	reg					clk_400khz;
	reg		[9:0]		cnt_400khz;
	always@(posedge clk_in or negedge rst_n_in) begin
		if(!rst_n_in) begin
			cnt_400khz <= 10'd0;
			clk_400khz <= 1'b0;
		end else if(cnt_400khz >= CNT_NUM-1) begin
			cnt_400khz <= 10'd0;
			clk_400khz <= ~clk_400khz;
		end else begin
			cnt_400khz <= cnt_400khz + 1'b1;
		end
	end
 
	reg		[7:0]		adc_data_r;
	reg					scl_out_r;
	reg					sda_out_r;
	reg		[2:0]		cnt;
	reg		[3:0]		cnt_main;
	reg		[7:0]		data_wr;
	reg		[2:0]		cnt_start;
	reg		[2:0]		cnt_write;
	reg		[4:0]		cnt_read;
	reg		[2:0]		cnt_stop;
	reg		[2:0] 		state;
 
	always@(posedge clk_400khz or negedge rst_n_in) begin
		if(!rst_n_in) begin	//如果按键复位，将相关数据初始化
			scl_out_r <= 1'd1;
			sda_out_r <= 1'd1;
			cnt <= 1'b0;
			cnt_main <= 4'd0;
			cnt_start <= 3'd0;
			cnt_write <= 3'd0;
			cnt_read <= 5'd0;
			cnt_stop <= 1'd0;
			adc_done <= 1'b0;
			adc_data <= 1'b0;
			state <= IDLE;
		end else begin
			case(state)
				IDLE:begin	//软件自复位，主要用于程序跑飞后的处理
						scl_out_r <= 1'd1;
						sda_out_r <= 1'd1;
						cnt <= 1'b0;
						cnt_main <= 4'd0;
						cnt_start <= 3'd0;
						cnt_write <= 3'd0;
						cnt_read <= 5'd0;
						cnt_stop <= 1'd0;
						adc_done <= 1'b0;
						state <= MAIN;
					end
				MAIN:begin
						if(cnt_main >= 4'd6) cnt_main <= 4'd6;  //对MAIN中的子状态执行控制cnt_main
						else cnt_main <= cnt_main + 1'b1;
						case(cnt_main)
							4'd0:	begin state <= START; end	//I2C通信时序中的START
							4'd1:	begin data_wr <= 8'h90; state <= WRITE; end	//A0,A1,A2都接了GND，写地址为8'h90
							4'd2:	begin data_wr <= 8'h00; state <= WRITE; end	//control byte为8'h00，采用4通道ADC中的通道0
							4'd3:	begin state <= STOP; end	//I2C通信时序中的START
							4'd4:	begin state <= START; end	//I2C通信时序中的STOP
							4'd5:	begin data_wr <= 8'h91; state <= WRITE; end	//A0 A1 A2都接了GND，读地址为8'h91
							4'd6:	begin state <= READ; adc_done <= 1'b0; end	//读取ADC的采样数据
							4'd7:	begin state <= STOP; adc_done <= 1'b1; end	//I2C通信时序中的STOP，读取完成标志
							4'd8:	begin state <= MAIN; end	//预留状态，不执行
							default: state <= IDLE;	//如果程序失控，进入IDLE自复位状态
						endcase
					end
				START:begin	//I2C通信时序中的起始START
						if(cnt_start >= 3'd5) cnt_start <= 1'b0;	//对START中的子状态执行控制cnt_start
						else cnt_start <= cnt_start + 1'b1;
						case(cnt_start)
							3'd0:	begin sda_out_r <= 1'b1; scl_out_r <= 1'b1; end	//将SCL和SDA拉高，保持4.7us以上
							3'd1:	begin sda_out_r <= 1'b1; scl_out_r <= 1'b1; end	//clk_400khz每个周期2.5us，需要两个周期
							3'd2:	begin sda_out_r <= 1'b0; end	//SDA拉低到SCL拉低，保持4.0us以上
							3'd3:	begin sda_out_r <= 1'b0; end	//clk_400khz每个周期2.5us，需要两个周期
							3'd4:	begin scl_out_r <= 1'b0; end	//SCL拉低，保持4.7us以上
							3'd5:	begin scl_out_r <= 1'b0; state <= MAIN; end	//clk_400khz每个周期2.5us，需要两个周期，返回MAIN
							default: state <= IDLE;	//如果程序失控，进入IDLE自复位状态
						endcase
					end
				WRITE:begin	//I2C通信时序中的写操作WRITE和相应判断操作ACK
						if(cnt <= 3'd6) begin	//共需要发送8bit的数据，这里控制循环的次数
							if(cnt_write >= 3'd3) begin cnt_write <= 1'b0; cnt <= cnt + 1'b1; end
							else begin cnt_write <= cnt_write + 1'b1; cnt <= cnt; end
						end else begin
							if(cnt_write >= 3'd7) begin cnt_write <= 1'b0; cnt <= 1'b0; end	//两个变量都恢复初值
							else begin cnt_write <= cnt_write + 1'b1; cnt <= cnt; end
						end
						case(cnt_write)
							//按照I2C的时序传输数据
							3'd0:	begin scl_out_r <= 1'b0; sda_out_r <= data_wr[7-cnt]; end	//SCL拉低，并控制SDA输出对应的位
							3'd1:	begin scl_out_r <= 1'b1; end	//SCL拉高，保持4.0us以上
							3'd2:	begin scl_out_r <= 1'b1; end	//clk_400khz每个周期2.5us，需要两个周期
							3'd3:	begin scl_out_r <= 1'b0; end	//SCL拉低，准备发送下1bit的数据
							//获取从设备的响应信号并判断
							3'd4:	begin sda_out_r <= 1'bz; end	//释放SDA线，准备接收从设备的响应信号
							3'd5:	begin scl_out_r <= 1'b1; end	//SCL拉高，保持4.0us以上
							3'd6:	begin if(sda_out) state <= IDLE; else state <= state; end	//获取从设备的响应信号并判断
							3'd7:	begin scl_out_r <= 1'b0; state <= MAIN; end	//SCL拉低，返回MAIN状态
							default: state <= IDLE;	//如果程序失控，进入IDLE自复位状态
						endcase
					end
				READ:begin	//I2C通信时序中的读操作READ和返回ACK的操作
						if(cnt <= 3'd6) begin	//共需要接收8bit的数据，这里控制循环的次数
							if(cnt_read >= 3'd3) begin cnt_read <= 1'b0; cnt <= cnt + 1'b1; end
							else begin cnt_read <= cnt_read + 1'b1; cnt <= cnt; end
						end else begin
							if(cnt_read >= 3'd7) begin cnt_read <= 1'b0; cnt <= 1'b0; end	//两个变量都恢复初值
							else begin cnt_read <= cnt_read + 1'b1; cnt <= cnt; end
						end
						case(cnt_read)
							//按照I2C的时序接收数据
							3'd0:	begin scl_out_r <= 1'b0; sda_out_r <= 1'bz; end	//SCL拉低，释放SDA线，准备接收从设备数据
							3'd1:	begin scl_out_r <= 1'b1; end	//SCL拉高，保持4.0us以上
							3'd2:	begin adc_data_r[7-cnt] <= sda_out; end	//读取从设备返回的数据
							3'd3:	begin scl_out_r <= 1'b0; end	//SCL拉低，准备接收下1bit的数据
							//向从设备发送响应信号
							3'd4:	begin sda_out_r <= 1'b0; adc_done <= 1'b1; adc_data <= adc_data_r; end	//发送响应信号，将前面接收的数据锁存
							3'd5:	begin scl_out_r <= 1'b1; end	//SCL拉高，保持4.0us以上
							3'd6:	begin scl_out_r <= 1'b1; adc_done <= 1'b0; end	//SCL拉高，保持4.0us以上
							3'd7:	begin scl_out_r <= 1'b0; state <= MAIN; end	//SCL拉低，返回MAIN状态
							default: state <= IDLE;	//如果程序失控，进入IDLE自复位状态
						endcase
					end
				STOP:begin	//I2C通信时序中的结束STOP
						if(cnt_stop >= 3'd5) cnt_stop <= 1'b0;	//对STOP中的子状态执行控制cnt_stop
						else cnt_stop <= cnt_stop + 1'b1;
						case(cnt_stop)
							3'd0:	begin sda_out_r <= 1'b0; end	//SDA拉低，准备STOP
							3'd1:	begin sda_out_r <= 1'b0; end	//SDA拉低，准备STOP
							3'd2:	begin scl_out_r <= 1'b1; end	//SCL提前SDA拉高4.0us
							3'd3:	begin scl_out_r <= 1'b1; end	//SCL提前SDA拉高4.0us
							3'd4:	begin sda_out_r <= 1'b1; end	//SDA拉高
							3'd5:	begin sda_out_r <= 1'b1; state <= MAIN; end	//完成STOP操作，返回MAIN状态
							default: state <= IDLE;	//如果程序失控，进入IDLE自复位状态
						endcase
					end
				default:;
			endcase
		end
	end
 
	assign	scl_out = scl_out_r;	//对SCL端口赋值
	assign	sda_out = sda_out_r;	//对SDA端口赋值
 
endmodule

5.总结

如果读者有何疑问欢迎在评论区下面评论，或者博主有哪些写错的地方也欢迎指正。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-441611.html

到了这里，关于IIC通信协议详解 & PCF8591应用(Verilog实现FPGA)的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！

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