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1、I2C串行总线的模拟与仿真,本论文主要研究的是I2C串行总线的模拟与仿真。首先，在论文的开始介绍了数字电子设计的发展过程，表明了数字电子设计在现在的生活中占有十分重要的地位。其次，介绍了I2C串行总线协议相关概念等内容，为总体的设计理清思路做铺垫，防止由于概念混淆而引起的不必要的麻烦。然后，介绍了整体设计的一个设计流程，防止在设计时陷入死循环的误区，此流程为设计提供了一个向导作用。最后，通过Xilinx公司开发的Xilinx ISE 10.1软件进行程序的模拟过程，同时在Xilinx ISE 10.1软件中调用Modelsim SE 6.5软件，观察仿真结果图。通过观察串行数据线(SDA)和串
2、行时钟线(SCL)在仿真软件Modelsim SE 6.5中波形图的高低电平变化并读出数据，判断本论文的设计是否满足最初的设计初衷，是否符合设计要求。,论文的摘要简介,论文的章节结构及基本内容,第一章 数字电子设计概述 本章主要介绍了数字电子设计的发展概况的相关内容。在数字电子设计中主要应用的语言是硬件描述语言VHDL和Verilog HDL语言，本章节中对这两种语言在程序编写上的差异和优点进行了对比性的总结介绍。最后讲述应用Xilinx公司的ISE Series软件对FPGA器件的设计开发流程的一些综述性问题。第二章 I2C总线的解析 本章主要是针对I2C总线协议的相关概念进行讲解。首先是对
3、总线进行综述，其次重点描述了数据传递时序和时序信号的相关内容。通过数据传递时序和时序信号的介绍来理清设计思路，从发出起始信号到接收终止信号，中间包括应答信号和位传输信号的过程就是I2C总线上数据传递时序的过程。,论文的章节结构及基本内容,第三章 模拟I2C接口程序的基本框架 本章中主要讲述了我对I2C串行总线的模拟与仿真的设计流程。首先编写了设计流程图，为设计理清思路。其次对流程图中涉及的各个模块和寄存器进行定义，并且对所定义的端口进行解释说明。第四章 I2C总线协议的代码实现与仿真 本章主要是通过编写程序代码进行I2C串行总线的模拟与仿真过程，通过软件检测查看编写的程序是否存在语法问题，是否
4、能运行成功，是否能生产综合验证文件和RTL验证文件等测试来检测程序是否编写正确。最后通过发送数据，观察ModelSim SE 6.5软件中的仿真图，检测SCL和SDA的上升沿和下降沿的变化是满足设计要求的，因此仿真成功。,第一章 数字电子设计概述,1.1数字电子设计发展概况 主要讲述了由传统电子电路设计到数字电子设计的发展过程，以及数字电子设计工业的三个重要动向，说明现在数字电子设计具有十分重要的作用。1.2硬件描述语言 介绍了随着集成电路设计规模和难度的日益增大而产生的一种新型描述方法，就是硬件描述语言。同时，说明了硬件描述语言与传统电子电路的本质区别，以及HDL的优点。1.3 Verilo
5、g HDL的发展与特点 介绍了Verilog HDL是在C语言的基础上发展起来的以及Verilog HDL和HDL的对比，并说明了Verilog HDL的优点。1.4可编程逻辑器件综述 介绍了可编程逻辑器件的发展以及FPGA的概念和设计流程等相关知识。1.5 Xilinx ISE开发系统简介,第二章 I2C总线的解析,2.1 I2C总线的概述 主要讲述了I2C总线协议的特点和广泛的应用，说明了它在应用时的间接性。2.2 I2C协议的基本概念 在说明了I2C协议的广泛应用基础上，介绍了主节点和从节点，总线上节点的寻址方式的概念。2.3 I2C协议的时序要求 介绍了 I2C总线上数据传输的时序和总
6、线上时序信号的相关概念。,第三章 模拟I2C接口程序的基本框架,本章主要介绍了设计模拟I2C接口的基本框架，以及对框架中设计的模块进行定义。,第三章 模拟I2C接口程序的基本框架,本章主要介绍了设计模拟I2C接口的基本框架，以及对框架中设计的模块进行定义。,第四章 I2C总线协议的代码实现与仿真,第一节中介绍了I2C总线协议的代码实现的相关内容，包括四个小节：位传输的代码实现，字节传输的代码实现、程序主体的代码实现和综合结果四个小节。第一小节 位传输的代码实现位传输的循环过程如右图所示，其中包括5个过程：开始、重复开始、停止、读和写。其中开始和重复开始命令产生5个阶段：A、B、C、D和idle
7、。,第四章 I2C总线协议的代码实现与仿真,第二小节 字节传输的实现字节传输的具体实现流程如右图所示。其中，字节传输包括的模块有：idel状态模块，读/写位是否设置模块，开始位是否设置模块，开始状态模块，开始是否产生模块，读位是否设置模块，读状态模块，写状态模块，是否按字节读模块，是否按字节写模块，应答状态模块和应答是否完成读/写模块。,第四章 I2C总线协议的代码实现与仿真,第三小节 程序主体的代码实现程序主体部分是完成程序与外部程序的接口通信的部分。首先，完成与总线上外部节点的连线，是指在I2C总线与外部器件连接时所产生的接触点的连接。其次，完成程序内部各个寄存器的构建，包括时钟寄存器，命
8、令寄存器，状态寄存器，数据传输寄存器，数据接收寄存器和数据移位寄存器的构建。最后，完成各个模块的构建，包括字节传输模块，时钟产生模块和位传输控制模块。其中通过位传输控制模块实现对串行数据线(SDA)和串行时钟线(SCL)的双向控制。而且程序主体部分涉及到了位传输和字节传输这两个部分。在进行编译时会再次对位传输程序和字节传输程序进行编译，编译成功显示如下图。,第四章 I2C总线协议的代码实现与仿真,第四小节 综合结果,第四章 I2C总线协议的代码实现与仿真,第四小节 综合结果,第四章 I2C总线协议的代码实现与仿真,第二节中介绍了程序的仿真代码的实现的相关内容，包括四个小节：主节点的仿真代码实现
9、，从节点的仿真代码实现，仿真主程序代码实现和仿真结果。第一小节 主节点的仿真代码实现 主节点仿真代码的内容包括3个部分：读数据周期、写数据周期和比较数据。代码编写思路：首先，定义模块、参数、输入、输出、WIRE和存储逻辑；其次，进行程序的初始化工作；再次，编写读数据周期和写数据周期的代码，其中包括延迟、设置信号量和等待从点应答信号几个小模块；最后，进行比较数据的编写，对数据进行比较，从而得到想要的数据。第二小节 从节点的仿真代码实现 从节点仿真程序需要模拟从主节点接收的数据，并需要发出应答信号。在程序编写的过程中应注意检测访问地址和从节点是否一致，检测开始状，检测停止状态信号，检测时序等代码的
10、编写。,第四章 I2C总线协议的代码实现与仿真,第三小节 仿真主程序的代码实现 仿真主程序完成主节点数据到从节点的控制。此代码的实现是在ModelSim软件中进行的，因此要进行从ISE软件到ModelSim软件的连接工作。主程序中主要是针对I2C接口进行测试，进行读、写和比较等操作。通过发送地址、驱动slave地址、读地址加开始位、读加应答命令和检测读内容等一系列的操作来完成地址发送和读取的过程。,第四章 I2C总线协议的代码实现与仿真,第四小节 仿真结果 发送开始状态并写地址“a0”时的波形图，此时在图上表示为SCL处于高时SDA的一个下降沿是表示数据“1010，0000”，具体的时序变化段
11、已经在下图中已标出。发送数据“01”和“a5”时的图形，此时在图上表示为SCL处于高时SDA一个下降沿是表示数据“0000，0001”和“1010，0101”，具体的时序变化段已经在下图中已标出。,第四章 I2C总线协议的代码实现与仿真,第四小节 仿真结果 发送停止状态信号和数据“5a”时的图形，在图上表示为SCL处于高时SDA的一个上升沿是表示数据“0101，1010”，具体的时序变化段已经在下图中已标出。结论：仿真程序及结果可以说明I2C程序符合I2C协议的时序和数据格式，可以实现模拟I2C协议的任务要求。,结 论,本论文主要研究的是I2C串行总线的模拟与仿真，通过ModelSim SE
12、6.5软件中的仿真结果图判断设计是否满足要求。在本论文中通过Verilog HDL语言进行程序代码的编写，再利用Xilinx公司开发的Xilinx ISE 10.1软件进行程序的模拟，模拟成功的示意图已经给出，表明论文的模拟部分成功。同时在Xilinx ISE 10.1软件与Modelsim SE 6.5软件链接，进行论文的仿真部分。观察仿真结果图，看SCL和SDA的上升沿和下降沿的变化是满足设计要求的，发现上升烟盒下降沿满足设计变化的要求，说明论文的仿真部分成功。因此，本论文完成了设计的目的和要求，达到了预期的结果。本论文给出了一个关于I2C串行总线的模拟与仿真的实例，为以后再研究这方面的有关课题提供了方便。,谢谢！,
