FPGAi2c实验.docx
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FPGAi2c实验
简介
这一节，我们来讲一讲有关IIC总线的实验，在硬件中，我们实用了24LC04，一个512字节的EEPROM。
在NIOSII中，没有集成IIC接口，为了实现这一功能，我们有两种途径，一种就是自己写IP核或者移植别人的IP核，另一种方法就是通过IO口模拟IIC总线协议。
我们这一节采用的方法是后者，通过IO口模拟IIC总线协议，以达到对24LC04控制读写的目的。
首先，我简单介绍一下IIC总线的原理，大家稍微了解一下。
IIC（Inter－IntegratedCircuit）总线是一种由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备。
它是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。
在CPU与被控IC之间、IC与IC之间进行双向传送，最高传送速率100kbps。
它在传送数据过程中共有三种类型信号，它们分别是：
开始信号、结束信号和应答信号。
开始信号：
SCL为高电平时，SDA由高电平向低电平跳变，开始传送数据。
结束信号：
SCL为高电平时，SDA由低电平向高电平跳变，结束传送数据。
应答信号：
接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。
CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。
若未收到应答信号，则判断为受控单元出现故障。
这些信号中，起始信号是必需的，结束信号和应答信号，都可以不要。
下图就为IIC总线的时序图。
简单介绍之后，我们就要开始实践一下了，开始吧
硬件开发
首先，需要在软核中添加两个IO模块，并将其命名为SCL和SDA，其中，SCL为output建portsonly（仅输出），SDA为Bidirection（tristate）port（双向），建好以后，如下图所示
接下来，我们自动分配一下地址，编译。
完成后，我们回到Quartus界面。
然后我们来分配引脚，如下图所示
分配好管脚以后，我们运行TCL脚本文件，开始编译（Ctrl+L）……
编译完成后，我们的硬件部分就结束了，接下来，就是我们的软件开发部分了。
软件开发
首先，我们打开NIOSII9.0IDE，然后进行编译（Ctrl+B）。
编译好以后，我们看一下system.h文件，看是否多出了SCL和SDA部分代码。
跟我们预期的一样，system.h文件中出现了SCL和SDA部分代码，如下表所示
/*
*SCLconfiguration
*
*/
#defineSCL_NAME"/dev/SCL"
#defineSCL_TYPE"altera_avalon_pio"
#defineSCL_BASE0x00201060
……
/*
*SDAconfiguration
*
*/
#defineSDA_NAME"/dev/SDA"
#defineSDA_TYPE"altera_avalon_pio"
#defineSDA_BASE0x00201070
……
在跟大家讨论过程中，我了解到很多人都想知道有关NIOSII自带的API的用法，所以，今天我就用这种方式来实现我们的程序。
不过我还是推荐大家用我之前的方式编写程序，道理我已经说过了，在此不再重复。
下面我们在inc目录下建立一个iic.h文件，如下表所示
#ifndefIIC_H_
#defineIIC_H_
#defineOUT1
#defineIN0
typedefstruct{
void（*write_byte）（unsignedshortaddr,unsignedchardat）;
unsignedchar（*read_byte）（unsignedshortaddr）;
}IIC;
externIICiic;
#endif/*IIC_H_*/
接下来，我们需要在driver下建立iic.c文件，如下表所示
#include
#include
#include
#include"system.h"
#include"altera_avalon_pio_regs.h"
#include"alt_types.h"
#include"../inc/iic.h"
staticalt_u8read_byte（alt_u16addr）;
staticvoidwrite_byte（alt_u16addr,alt_u8dat）;
IICiic={
.write_byte=write_byte,
.read_byte=read_byte
};
/*
*===FUNCTION===================================================
*Name:
start
*Description:
IIC启动
*=================================================================
*/
staticvoidstart（void）
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION（SDA_BASE,OUT）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SDA_BASE,1）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,1）;
usleep（10）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SDA_BASE,0）;
usleep（5）;
}
/*
*===FUNCTION===================================================
*Name:
uart_send_byte
*Description:
IIC停止
*==================================================================
*/
staticvoidstop（void）
{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION（SDA_BASE,OUT）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SDA_BASE,0）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,0）;
usleep（10）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,1）;
usleep（5）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SDA_BASE,1）;
usleep（10）;
}
/*
*===FUNCTION===================================================
*Name:
ack
*Description:
IIC应答
*=================================================================
*/
staticvoidack（void）
{
alt_u8tmp;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,0）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION（SDA_BASE,IN）;
usleep（10）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,1）;
usleep（5）;
tmp=IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SDA_BASE）;
usleep（5）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,0）;
usleep（10）;
while（tmp）;
}
/*
*===FUNCTION===================================================
*Name:
iic_write
*Description:
IIC写一个字节
*=================================================================
*/
voidiic_write（alt_u8dat）
{
alt_u8i,tmp;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION（SDA_BASE,OUT）;
for（i=0;i<8;i++）{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,0）;
usleep（5）;
tmp=（dat&0x80）?
1:
0;
dat<<=1;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SDA_BASE,tmp）;
usleep（5）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,1）;
usleep（10）;
}
}
/*
*===FUNCTION===================================================
*Name:
read
*Description:
IIC读一个字节
*==================================================================
*/
staticalt_u8iic_read（void）
{
alt_u8i,dat=0;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DIRECTION（SDA_BASE,IN）;
for（i=0;i<8;i++）{
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,0）;
usleep（10）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,1）;
usleep（5）;
dat<<=1;
dat|=IORD_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SDA_BASE）;
usleep（5）;
}
usleep（5）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,0）;
usleep（10）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,1）;
usleep（10）;
IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA（SCL_BASE,0）;
returndat;
}
/*
*===FUNCTION===================================================
*Name:
write_byte
*Description:
向EEPROM写一个字节
*=================================================================
*/
staticvoidwrite_byte（alt_u16addr,alt_u8dat）
{
alt_u8cmd;
cmd=（0xa0|（addr>>7））&0xfe;
start（）;
iic_write（cmd）;
ack（）;
iic_write（addr）;
ack（）;
iic_write（dat）;
ack（）;
stop（）;
}
/*
*===FUNCTION===================================================
*Name:
read_byte
*Description:
从EEPROM读一个字节
*=================================================================
*/
staticalt_u8read_byte（alt_u16addr）
{
alt_u8cmd,dat;
cmd=（0xa0|（addr>>7））&0xfe;
start（）;
iic_write（cmd）;
ack（）;
iic_write（addr）;
ack（）;
start（）;
cmd|=0x01;
start（）;
iic_write（cmd）;
ack（）;
dat=iic_read（）;
stop（）;
returndat;
}
最后，我们来建立main.c函数
#include
#include"../inc/iic.h"
#include
#include"alt_types.h"
alt_u8write_buffer[512],read_buffer[512];
intmain（）
{
alt_u16i,err;
alt_u8dat;
printf（"\nWritingdatatoEEPROM!
\n"）;
//写入512btye的数据，前256个数字为0到255，后256个数据为1
for（i=0;i<512;i++）{
if（i<256）
dat=i;
else
dat=1;
iic.write_byte（i,dat）;
write_buffer[i]=dat;
printf（"0x%02x",dat）;
usleep（10000）;
}
printf（"\nReadingdatafromEEPROM!
\n"）;
//将512byte数据读出来并打印
for（i=0;i<512;i++）{
read_buffer[i]=iic.read_byte（i）;
printf（"0x%02x",read_buffer[i]）;
usleep（1000）;
}
err=0;
printf（"\nVerifingdata!
\n"）;
//对比数据是否相同，如果有不同，说明读写过程有错误
for（i=0;i<512;i++）{
if（read_buffer[i]!
=write_buffer[i]）
err++;
}
if（err==0）
printf（"\nDatawriteandreadsuccessfully!
\n"）;
else
printf（"\nDatawriteandreadfailed!
--%derrors\n",err）;
return0;
}
程序很简单，大家只要对IIC总线有一定的了解就会明白的。
好的，这节的内容就讲到这，谢谢大家对我的支持。
如果有问题，可以给我留言或者直接加入我们的NIOS技术高级群：
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