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iic協議通訊驅動

2020-12-26 12:39:02 軟體設計

模塊特點

  1. 利用狀態機完成iic的驅動,將重復的狀態進行合并,使代碼更簡單;
  2. 由于iic不能連續完成讀寫操作,在STOP狀態后又加了一個DELAY (延遲)狀態,延遲了5ms,可以保證程式不會卡死;
  3. 為體現iic的節能特點,使用了三態門,在空閑狀態下,sda和scl線處于釋放狀態;
  4. 為了使一次通訊穩定運行,在通訊剛開始時對資料進行寄存,而且在通訊程序中不能發生變化;

iic協議讀/寫資料步驟

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iic協議讀資料時序圖

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iic協議寫資料時序圖

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iic協議通訊驅動模塊

下面展示一些 行內代碼片

module i2c_driver(
input   wire            clk,
input   wire            rst_n,
input   wire            read,
input   wire            write,
input   wire    [7:0]   dataw,  //要寫的資料
input   wire    [6:0]   add,    //從機地址
input   wire    [7:0]   add_reg,//暫存器地址

inout   wire            sda,
output  wire            scl,
output  reg             done,
output  reg     [7:0]   datar   //接收到的資料
);
//sda線的三態門,空閑時釋放
reg     sda_sel;
reg     sda_buf;
assign  sda = sda_sel ? sda_buf : 1'bz ;
//scl線的三態門,空閑時釋放
reg     scl_sel;
reg     scl_buf;
assign  scl = scl_sel ? scl_buf : 1'bz ;
//assign  scl_sel =  !done  ? 1'b1 : 1'b0;

reg     [7:0]       dataw_r;
reg     [6:0]       add_r;
reg     [7:0]       add_reg_r;
//資料快取,只有空閑時可以快取資料
always@(posedge clk or negedge rst_n)
    if(!rst_n)
        begin
            dataw_r <=0;  
            add_r <=0;    
            add_reg_r <=0;
        end
    else if(( write || read ) && done==1)
        begin
            dataw_r     <=  dataw  ;  
            add_r       <=  add    ;    
            add_reg_r   <=  add_reg;
        end
    else 
        begin
            dataw_r     <=  dataw_r  ;  
            add_r       <=  add_r    ;    
            add_reg_r   <=  add_reg_r;
        end 
             
localparam      T_4_1   =   125 - 1 ;   //  1/4周期
localparam      T_4_2   =   250 - 1 ;   //  2/4周期
localparam      T_4_3   =   375 - 1 ;   //  3/4周期
localparam      T_4_4   =   500 - 1 ;   //  4/4周期
reg     [10:0]      cnt;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
    if(rst_n==0)
        cnt<=0;
    else if((cnt==T_4_4) || (done==1))  //執行讀寫時計數,空閑時不計數
        cnt<=0;
    else
        cnt<=cnt+1;
//建立scl線,執行讀寫時開始為1,建立100k時鐘線
always@(posedge clk or negedge rst_n)
    if(rst_n==0)
        scl_buf<=1;
    else if(done==1)
        scl_buf<=1;
    else if(cnt==T_4_2 || cnt==T_4_4)
        scl_buf <= ~scl_buf;
    else
        scl_buf <= scl_buf; 

localparam      FSM_IDLE       =0;  //空閑狀態
localparam      FSM_START      =1;  //發送start位
localparam      FSM_DATAW      =2;  //發送資料(從機地址+讀/寫,暫存器地址,資料)
localparam      FSM_ACK        =3;  //接收ack
localparam      FSM_RSTART     =4;  //發送restart位
localparam      FSM_DATAR      =5;  //接收資料
localparam      FSM_NACK       =6;  //發送nack
localparam      FSM_STOP       =7;  //發送停止位
localparam      FSM_DELAY      =8;  //延遲大約5ms
reg     [3:0]       cstate;
reg                 read_flag;
reg                 write_flag;
reg     [7:0]       datas;
reg     [2:0]       cs_flag;
reg     [8:0]       num;
reg                 flag;
always@(posedge clk or negedge rst_n)
    if(rst_n==0)
        begin
            cstate<=FSM_IDLE;
            read_flag<=0;
            write_flag<=0;
            cs_flag<=0;
            flag<=0; 
            sda_sel<=0;
            sda_buf<=1;
            num<=0; 
            datas<=0;
            scl_sel<=0;
            done<=1;          
        end
    else 
        case(cstate)
            FSM_IDLE    :       begin 
                                    sda_sel<=0;
                                    scl_sel<=0;
                                    if(read)
                                        begin
                                            cstate<=FSM_START;
                                            read_flag<=1;
                                        end
                                    else if(write)
                                        begin
                                            cstate<=FSM_START;
                                            write_flag<=1;
                                        end
                                    else
                                        cstate<=FSM_IDLE;
                                end
                                
            FSM_START   :       begin
                                    scl_sel<=1;
                                    done<=0;
                                    if(cnt==T_4_1)
                                        begin
                                            sda_sel <= 1;
                                            sda_buf <= 0;
                                            datas<={add_r,1'b0};
                                            cstate<=FSM_DATAW;
                                            cs_flag<=1;
                                        end 
                                end
                                
            FSM_DATAW   :       begin
                                    if(cnt==T_4_3)
                                        begin
                                            if(num<=7)
                                                begin
                                                    sda_sel <= 1;
                                                    sda_buf <= datas[7-num];
                                                    num <= num+1;
                                                end
                                            else
                                                begin
                                                    cstate<=FSM_ACK;
                                                    sda_sel <= 0;
                                                    num<=0;
                                                end
                                        end   
                                end
                                
            FSM_ACK     :       begin 
                                    if(cnt==T_4_1)
                                        if(sda==0)
                                            begin
                                                if(cs_flag==1)
                                                    begin
                                                        cstate<=FSM_DATAW;
                                                        datas<=add_reg_r;
                                                        cs_flag<=2;
                                                    end
                                                else if(cs_flag==2)
                                                    begin
                                                        if(read_flag==1)
                                                            begin
                                                                cstate<=FSM_RSTART;
                                                                read_flag<=0; 
                                                            end
                                                        else if(write_flag==1)
                                                            begin
                                                                cstate<=FSM_DATAW;
                                                                write_flag<=0;
                                                                datas<=dataw_r;
                                                                cs_flag<=3;
                                                            end
                                                    end
                                                else if(cs_flag==3)
                                                    cstate<=FSM_STOP;
                                                else if(cs_flag==4)
                                                    cstate<=FSM_DATAR;
                                            end
                                end
                                
            FSM_RSTART  :       begin 
                                    if(cnt==T_4_1)
                                        begin
                                            sda_sel<=1;
                                            sda_buf<=0;
                                            cstate<=FSM_DATAW;
                                            datas<={add_r,1'b1};
                                            cs_flag<=4;
                                        end 
                                end
                                
            FSM_DATAR   :       begin 
                                    if( cnt==T_4_1 )
                                        begin
                                            if(num<=7)
                                                begin
                                                    datar[7-num]<=sda;
                                                    num<=num+1;
                                                end
                                            else 
                                                begin
                                                    cstate<=FSM_NACK;
                                                    num<=0;
                                                end  
                                        end
                                end
                                
            FSM_NACK   :       begin 
                                  if( cnt == T_4_3 )          
                                        begin
                                            sda_sel<=1;
                                            sda_buf<=1;
                                            cstate<=FSM_STOP;
                                        end             
                                end                    
            FSM_STOP   :       begin 
                                    if(cnt == T_4_3)
                                        begin
                                            sda_sel<=1;
                                            sda_buf<=0;
                                            flag <= 1;
                                        end
                                    else if(cnt == T_4_1 && flag == 1)
                                        begin
                                            sda_buf<=0;
                                            flag <= 0;
                                            cstate<=FSM_DELAY;
                                        end
                               end 
                               
            FSM_DELAY   :       begin
                                    sda_sel<=0;
                                    scl_sel<=0;
                                    if(cnt == T_4_4 && num == 500)
                                        begin
                                            num<=0;
                                            cstate<=FSM_IDLE;
                                            done<=1;
                                        end
                                    else if(cnt == T_4_4)
                                        num<=num+1;
                                end
                                    
           default     :       begin
                                   cstate<=FSM_IDLE;
                                   read_flag<=0;
                                   write_flag<=0;
                                   cs_flag<=0;
                                   flag<=0; 
                                   sda_sel<=0;
                                   sda_buf<=1;
                                   num<=0; 
                                   datas<=0;
                                   scl_sel<=0;
                                   done<=1;     
                                end
        endcase
endmodule             

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