使用Verilog來實現(xiàn)EEPROM的讀寫，進行一個簡單的I2C實戰(zhàn)應(yīng)用

I2C在芯片的配置中應(yīng)用還是很多的，比如攝像頭、VGA轉(zhuǎn)HDMI轉(zhuǎn)換芯片，之前博主分享過一篇I2C協(xié)議的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)IIC協(xié)議學(xué)習(xí)筆記，這篇就使用Verilog來實現(xiàn)EEPROM的讀寫，進行一個簡單的I2C實戰(zhàn)應(yīng)用。

EEPROM

我使用的這個芯片是AT24C32，它手冊上還有一種AT24C64，其實操作都是一樣的，只是內(nèi)存大小不同，AT24C32是32k（4096x8）AT24C64是64k（8192x8），

SCL設(shè)置為頻率200Khz

SCL clk posedge data輸入EEPROM

SCL clk negedge data輸出EEPROM

SDA 雙向Pin

A2，A1，A0 Device Addr default all 0，只操作一片可懸空引腳。

WP 接地正常讀寫，WP接Vcc寫操作被禁止

字節(jié)尋址地址，是由12（AT24C32）或13bit（AT24C64）的地址組成，需要操作16位字地址高3或4位忽略即可。

Device Address 8’hA0寫器件地址，8’hA1讀器件地址

寫字節(jié)操作

隨機讀字節(jié)操作

我這個芯片是雙字節(jié)數(shù)據(jù)地址，所以在寫數(shù)據(jù)地址時要寫兩次，先是高字節(jié)后是低字節(jié)。

開始結(jié)束標志

這個I2C總線的時序是一致的。

EEPROM應(yīng)答

輸出應(yīng)答sclk的第九個周期給出，低電平應(yīng)答。如果主機沒有收到應(yīng)答，需要重新配置。

數(shù)據(jù)傳輸時序

sda數(shù)據(jù)線在scl時鐘的下降沿中間變化，可以避免產(chǎn)生誤觸開始結(jié)束標志。

I2C Design

i2c_start為高電平有效，傳輸完成后會產(chǎn)生一個i2c_done結(jié)束標志，表示操作完成。

I2C狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

I2C寫操作

（1）產(chǎn)生start位

（2）傳送器件地址ID_Address，器件地址的最后一位為數(shù)據(jù)的傳輸方向位，R/W，低電平0表示主機往從機寫數(shù)據(jù)（W），1表示主機從從機讀數(shù)據(jù)（R）。這里按照手冊給出的操作圖，應(yīng)該是W即低電平。ACK應(yīng)答，應(yīng)答是從機發(fā)送給主機的應(yīng)答，這里不用管。

（3）傳送寫入器件寄存器地址，即數(shù)據(jù)要寫入的位置。同樣ACK應(yīng)答不用管。

（4）傳送要寫入的數(shù)據(jù)。ACK應(yīng)答不用管。

（5）產(chǎn)生stop信號。

I2C讀操作

（1）產(chǎn)生start信號

（2）傳送器件地址（寫ID_Address），這里按照手冊給出的操作圖，最低位是W即低電平。ACK。

（3）傳送字地址（寫REG_Address），ACK。

（4）再次產(chǎn)生start信號

（5）再傳送一次器件地址，這里根據(jù)手冊最低位是讀R高電平，ACK。

（6）讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)最后結(jié)束前無應(yīng)答ACK信號。

（7）產(chǎn)生stop信號。

讀寫操作的寫器件地址和寫數(shù)據(jù)地址操作是一樣的，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖中讀寫操作中這兩部分復(fù)用了，根據(jù)讀寫標志來判斷。

其他部分沒啥好說的根據(jù)時序圖寫就行了，需要注意的一點是我們應(yīng)該在sclk的高電平的中間采樣數(shù)據(jù)，在sclk低電平的中間改變數(shù)據(jù)，當sclk為高電平的時候，sda為出現(xiàn)下降沿為start位， sda出現(xiàn)上升沿為stop位，所以在sclk為高電平的時候sda應(yīng)該保持穩(wěn)定不能隨意亂動。這就又回到了數(shù)據(jù)傳輸有效的條件，只有在sclk為低電平期間，才允許數(shù)據(jù)變化，在高電平期間，不允許數(shù)據(jù)變化，否則就會出現(xiàn)起始位或結(jié)束位。

EEPROM有個仿真模型，在夏雨聞老師的書里面就有，這個模型默認是200khz的sclk驅(qū)動，仿真的時候可以將時間參數(shù)改小，我這里也分享出來。

仿真模型代碼點擊閱讀原文可以查看。

根據(jù)仿真模型仿真的話基本不會有什么問題，需要注意的是操作的完成標志。從仿真上看到輸入讀寫都沒問題，但是stop標志沒產(chǎn)生好，仿真看到讀寫操作沒問題，但實際還是不行的，需要嚴格按照EEPROM的手冊操作時序進行，差一點就不行。

我最后使用撥碼開關(guān)作為讀寫使能，數(shù)碼管顯示讀出來的輸出，最后實現(xiàn)了對指定存儲地址讀寫數(shù)據(jù)。