基于FPGA/HDL的随机读写IC串行总线接口电路设计

摘要

I2C(Inter Integrated Circuits)是Philips公司开发的用于芯片之间连接的串行总线，以其严格的规范、卓越的性能、简便的操作和众多带I2C接口的外围器件而得到广泛的应用并受到普遍的欢迎。 现场可编程门阵列(FPGA)设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用。本论文主要讨论了如何利用Verilog/FPGA来实现一个随机读/写的I2C接口电路，实现与外围I2C接口器件E2PROM进行数据通信，实现读、写等功能，传输速率实现为100KBps。在Modelsim6.0仿真软件环境中进行仿真，在Xilinx公司的ISE9.li开发平台上进行了下载，搭建外围电路，用Agilem逻辑分析仪进行数据采集，分析测试结果。 首先，介绍了微电子设计的发展概况以及设计流程，重点介绍了HDL/FPGA的设计流程。其次，对I2C串行总线进行了介绍，重点说明了总线上的数据传输格式并对所使用的AT24C02 E2PROM存储器的读／写时序作了介绍。第三，基于Verilog _HDL设计了随机读/写的I2C接口电路、测试模块和显示电路；接口电路由同步有限状态机(FSM)来实现；测试模块首先将数据写入到AT24C02的指定地址，接着将写入的数据读出，并将两个数据显示在外围LED数码管和发光二极管上，从而直观地比较写入和输出的数据的正确性。FPGA下载芯片为Xilinx SPARTAN Ⅲ XC3S200。第四，用Agilent逻辑分析仪进行传输数据的采集，分析数据传输的时序，从而验证电路设计的正确性。最后，论文对所取得的研究成果进行了总结，并展望了下一步的工作。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章微电子设计概述

1.1微电子设计发展概况

1.2超大规模集成电路的设计流程

1.3硬件描述语言

1.4 Verilog_ HDL的发展与特点

1.5可编程逻辑器件综述

第二章I2C串行总线简介

2.1串行总线简介

2.2 I2C总线发展及特点

2.3 I2C总线数据传输

2.4仲裁和时钟产生

2.7 AT24C02 E2PROM简介

第三章I2C随机读/写串行接口电路设计

3.1 I2C随机读/写串行E2PROM接口电路设计

3.2测试模块设计

3.3外围电路设计

第四章电路测试与分析

4.1 Xilinx ISE开发系统简介

4.2Agilent逻辑分析仪简介

4.3验证平台VX-SP306开发版简介

4.4电路的FPGA下载验证结果

4.5逻辑分析仪测试及结果分析

总结与展望

主要参考文献

在校期间发表论文

附录

致谢