基于CPLD的I2C总线接口设计

    模块中，预先存储的I2C工作时序信息实现如下：


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2．6 12CPORT单元
    本单元是整个设计的核心，用于完成数据的I2C总线输出以及I2C总线输入数据的读入。同时产生接口模块的各种工作状态。
    该单元的工作过程为：在SysCLK的下降沿分别读入工作使能信号和工作时序信号，如果此时EnIdle=‘1’则强制I2C总线进入空闲模式；如果EnStart=‘1’，则使I2C总线输出开始信号；如果EnWrite=‘1’，则使I2C总线输出8位数据信号；如果EnInACK=‘1’，则从I2C总线读入从机响应信号；如果EnRead=‘1’，则从I2C总线读入8位数据；如果EnOutACK=‘1’。则使I2C总线输出主机响应信号；如果EnStop=‘1’，则使I2C总线输出结束信号；在整个工作过程中，模块会自动根据工作情况，设置各种状态控制信号。
    图3是用QUARTusII9．0对该单元仿真的时序图。

2．7 PcPort单元的实现
    该单元是模块与CPU的接口，CPU通过该单元向接口模块写入工作模式控制信息、需要发送的数据以及I2C工作速度控制信息；同时通过该单元读入从机响应信息、从机输出数据、发送接收寄存器状态等信息。


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3 应用实例
    该模块工作于主模式，主要应用于没有I2C专用接口的CPU通过并口方便地与具有I2C接口的外设连接并交换信息。
    图4给出了CPU通过该模块与X24C04E2PROM接口的例子。

    在图中，PC104 CPU通过数据总线、地址总线、读、写信号线与I2C接口模块相连，I2C接口模块则通过SDL、SDA与X24C04相连，PC104CPU输出的并行数据，经过I2C接口模块转换后变成符合I2C总线模式要求的串行数据输出到X24C04，X24C04输出的串行数据经过I2C接口模块转换后，变成并行数据供PC104CPU读取。使用该模块后CPU操作I2C总线就像操作并口一样方便。该电路的控制软件流程如图5所示。

    通过上述应用实例可以看出，本文设计的接口模块只能工作于主机模式，并且在整个系统中只能有一个主机工作。在从机因处理其他工作而暂不能响应主机时，模块没有设计等待功能，只能发送总线结束信号结束当前操作，待从机空闲时再重新开始通信。

4 结论
    本设计的创新点在于：通过CPLD实现并口到I2C总线接口的转换，可以使不具备I2C总线接口的CPU通过并口方便地控制I2C总线设备，使用该模块可以简化控制软件的编程，加快系统设计的实现，在I2C总线操作过程中，转换模块自动发出开始信号、结束信号，不需要CPU干预。
    本文设计的I2C接口模块只能工作于主模式，只能应用于主机系统；在模块的设计中，没有考虑多主机的情况，对多主机的总线竞争没有设计仲裁功能；模块的页面读写数据数不能超过32个字节，在32个字节之内，CPU可以通过主动设置工作模式为“110”而终止当前操作，达到连续读写小于32个字节数据的目的，超过32个字节的连续数据读写操作将使模块工作错误。

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本文关键字：接口  EDA/PLD技术，单片机-工控设备 - EDA/PLD技术