基于Actel FPGA的I2C IP的应用

2009年08月25日 10:08    贾延安
关键词: Actel , FPGA
I2C(Inter Integrated Circuit)双向二线制串行总线,是由飞利浦公司制定的。I2C总线是一个多主机的总线,使用串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)在总线上传递信息。每个器件都有一个唯一的识别地址,而且都可以作为一个发送器或接收器。当连接在I2C总线上的多个主机器件同时传输数据时,通过仲裁来避免冲突。SDA和SCL都是双向线路,通过一个电流源或上拉电阻连接到电源。器件输出级必须是漏极开路或集电极开路,当总线空闲时,两条线路处于高电平,执行线与的功能。

  Actel公司免费提供I2C IP核——Core I2C。Core I2C是基于APB总线形式的,它的优点是可以连接到Core 8051或者是Cortex M1处理器上,方便用户进行SoC设计,本文将主要介绍Core I2C的原理与应用。

  1. Core I2C介绍

  (1)I2C协议简介

  I2C总线协议定义如下:只有在总线处于“非忙”状态时,才能开始数据传输。在数据传输期间,只要时钟线为高电平,数据线都必须保持稳定,否则数据线上的任何变化都被当作“启动”或“停止”信号。图1所示为总线状态的定义。



  I2C总线的工作方式为:当SCL为高电平时,如果检测到SDA的下降沿,则启动数据的传输;在数据传输时,只要SCL为高电平时,SDA数据必须保持稳定,SDA数据可以在SCL的低电平时发生变化;当SCL为高电平时,如果检测到SDA的上升沿,则停止数据的传输。

  (2)Core I2C内部结构

  Core I2C的内部结构框图如图2所示。它主要由串行时钟发生器、地址寄存器、控制寄存器、状态寄存器和APB总线接口等组成的。



  ● 串行时钟发生器模块:提供SCL时钟脉冲。

  ● 地址寄存器模块:包含了内核编程的地址信息。

  ● 控制寄存器模块:控制串行传输的启动、重启、终止、位速率、地址识别和应答等功能。

  ● 状态寄存器模块:包含了Core I2C内部寄存器工作的状态信息。

  ● APB总线接口:提供了I2C和APB总线通信的接口。

  (3)Core I2C内部寄存器

  Core I2C的寄存器的地址映射如表 1所示。



  ● 控制寄存器——I2C_CTRL

  Bit7:串行时钟位2,和第0位、第1位一起决定分频系数。

  Bit6:I2C使能位,1表示I2C被使能,否则被禁止。

  Bit5:起始标志位,1表示起始标志位有效,总线在空闲时将会产生一个起始状态位。

  Bit4:停止标志位,1表示停止标志位有效,总线将会产生一个停止状态位。

  Bit3:串行中断标志位,在状态寄存器的值被更新以后,这位必须被清零。

  Bit2:主/从机设置位,1表示工作在从机模式,0表示工作在主机模式。

  Bit1:串行时钟位1,和第7位、第0位一起决定分频系数。

  Bit0:串行时钟位0,和第7位、第一位一起决定分频系数。

  Core I2C时钟频率的定义如表 2所示。



  ● 状态寄存器——I2C_STA

  状态寄存器取出所有内部状态位并将它们压缩成一个5位的代码,该代码与每个I2C总线状态位一一对应,5位代码可用于产生向量地址,以便快速处理不同的服务程序,每个服务程序处理一个特定的总线状态。如果I2C模块的所有模式都被使用,则有26种可能的总线状态。

  ● 数据寄存器——I2C_DAT

  数据寄存器包含要发送或刚接收的数据,当它没有处理字节的移位时,APB控制器可以对其进行读写。

  ● 地址寄存器——I2C_ADDR

  Bit7~Bit1:自身从机地址。

  Bit0:通用调用位,该位设置为1,通用调用地址有效,否则无效。

  (4)Core I2C的基本操作

  Core I2C可以配置成主机或从机,总线时钟速率可调整,最高可支持400kb/s的总线传输速率。使用I2C总线时,在总线上要连接两个上拉电阻,阻值为1~10k欧姆。

  ● 主机发送模式

  主机发送模式的数据发送格式如图 3所示。先发送起始条件,然后发送从机地址和写方向位,这时从机会产生一个应答,主机在接收到应答位后,依次发送n个数据,每个数据发送后,从机都会产生一个应答位,发送完n个数据后,主机发送停止位。



  ● 主机接收模式

  主机接收模式的数据接收格式如图4所示。主机先发送起始条件,然后发送从机地址和读方向位,这时从机会产生一个应答,主机在接收到应答位后,依次读出n个数据,主机在接收到每个数据后,都会产生一个应答位,接收完数据后,主机发送停止位。



  (5)应用场合

  I2C协议主要应用于对串行设备的控制,如各种串行的存储器等。图5所示为使用I2C接口控制EEPROM。



  2.小结

  本文主要介绍了Actel FPGA的Core I2C IP核,除了Core I2C,Actel公司还提供了UART、SPI、PWM、Timer等IP核,请关注周立功公司的网站获得更多的信息。我们有着一个接近30人的FPGA团队提供强有力的售后服务,解决用户在产品使用和研发过程中遇到的困难。若有更多的需求可以与我们联系,我们将会竭诚为您服务,并能关注下期的FPGA专题技术讲座。
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