本文简述了IIC总线的特点；介绍了基于FPGA 的模拟IIC总线接口模块的设计思想；设计并编写了基于Verilog HDL语言来实现部分IIC总线接口功能的程序代码，同时给出了基于目标板的硬件实物测试图。
**IIC总线特点及工作原理**
IIC（Inter-Integrated Circuit）总线是由Philips公司（现NXP Semiconductors）开发的一种简单、双向二线制同步串行总线，广泛应用于微控制器与外围设备之间的通信。其主要特点包括：
1. **两线制通信**：IIC总线只需要两条线，SCL（Serial Clock）和SDA（Serial Data），即可实现双向数据传输。这种设计大大减少了布线复杂性。
2. **多主控与从机**：IIC总线上可以有多个主控器和任意数量的从设备。主控器负责发起通信，从设备响应。
3. **时钟同步**：通信由主控器通过SCL时钟线提供时钟信号，确保所有设备在同一时间点进行数据交换。
4. **地址识别**：每个从设备都有一个唯一的7位地址，加上读写方向位，总共8位，使得主控器能准确找到目标设备。
5. **简单的错误检测机制**：数据传输过程中，使用ACK（Acknowledgement）位进行错误检测，确保数据正确接收。
6. **可变的数据速率**：IIC总线支持多种数据速率，可以根据设备需求进行调整。
**IIC总线工作原理**
IIC总线的工作流程主要包括以下步骤：
1. **启动信号**：主控器在空闲状态下拉低SDA线，然后释放SCL线，产生启动信号。
2. **地址发送**：主控器向SDA线发送7位从机地址和1位读/写方向位，接着等待从设备的ACK。
3. **从机响应**：如果从设备存在且识别到自身的地址，它会在SCL高电平时拉低SDA线，表示ACK；反之，SDA线保持高电平，主控器会检测到无ACK，终止通信。
4. **数据传输**：数据传输方向根据读写方向位决定。主控器发送或接收数据，每次8位，同样需要ACK确认。
5. **停止信号**：主控器在SDA线上数据位有效期间拉低SCL线，然后同时释放SDA和SCL，形成停止信号，结束通信。
**控制字节**
控制字节是IIC通信中的关键部分，它包含了从机地址和读写方向位。7位从机地址通常分为两部分：最高位表示读/写操作（0为写，1为读），其余6位是设备的唯一地址。
**写操作**
在写操作中，主控器首先发送控制字节，从机接收到地址并确认后，主控器开始发送数据。每发送完一个字节，从机会返回一个ACK，表明已接收。直到主控器发送停止信号或数据发送完毕。
**基于FPGA的模拟IIC接口设计**
在FPGA实现IIC接口，主要涉及以下设计步骤：
1. **逻辑设计**：使用Verilog HDL或其他硬件描述语言，设计出符合IIC协议的逻辑模块，包括时钟发生器、数据收发、ACK检测等部分。
2. **时序控制**：根据IIC协议的时序要求，设计合适的时序逻辑，如启动信号、停止信号、时钟信号的生成和数据的采样。
3. **数据处理**：实现数据的编码和解码，确保在SCL的每个时钟周期内正确地发送和接收数据。
4. **仿真验证**：使用仿真工具对设计进行功能和时序验证，确保在各种条件下都能正常工作。
5. **硬件实现**：将验证过的逻辑综合为逻辑门电路，下载到FPGA芯片中，并进行实际硬件测试。
通过上述步骤，可以实现一个完整的基于FPGA的模拟IIC接口，用于与外部IIC设备进行通信。在实际应用中，这种设计能够灵活适应不同场合，为嵌入式系统提供一种高效的扩展方式。
