FPGAI2C接口实现实验报告

【实验报告】FPGAI2C接口实现实验旨在让学生深入理解并掌握Verilog硬件描述语言，以及在FPGA环境中实现I2C通信协议。实验过程中，学生将学习如何描述和设计组合电路、时序电路以及状态机，同时还需要熟悉TestBench的编写和ModelSim仿真工具的使用。此外，实验还包括了EEPROM的读写代码设计和分析。 1. **Verilog语法**：Verilog是一种广泛应用于数字系统设计的硬件描述语言，它允许设计者以结构化的方式描述电路逻辑。在实验中，学生需要学习如何用Verilog描述组合逻辑电路，即那些输出仅取决于当前输入的电路，以及时序逻辑电路，这类电路含有存储元件，其输出不仅与当前输入有关，还与之前的状态有关。状态机是另一种关键概念，由寄存器和组合逻辑构成，用于表示有限状态的转换和相应动作。 2. **TestBench编写**：TestBench是验证设计正确性的关键，它模拟真实环境，提供测试向量给设计单元（DUT），并接收输出以进行验证。学生需要了解如何编写基本的TestBench结构，包括模块声明、信号声明、DUT实例化、激励生成以及结果比较。 3. **ModelSim仿真**：ModelSim是一款强大的仿真工具，学生将学会如何创建工程，编译源代码，启动仿真并添加波形信号进行观察。例如，对于一个自定义的状态机（FSM）工程，学生需要按照指定步骤操作，以验证设计的行为是否符合预期。 4. **I2C协议**：I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种串行通信协议，常用于微控制器和外围设备间的通信。在实验中，学生需要设计和仿真实现I2C接口的代码，这涉及到对协议的理解，如SCL（时钟线）和SDA（数据线）的交互规则，以及读写操作的流程。 5. **EEPROM读写**：EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）是一种非易失性存储器，支持读取和多次写入。实验中，学生需设计并分析读写代码，包括写操作信号write_op、读操作信号read_op、地址addr、数据传输和操作完成标志op_done。设计应遵循I2C协议，通过控制SCL和SDA来实现数据传输，并确保读写操作的正确完成。 通过这个实验，学生将能够全面掌握FPGA设计的基础知识，包括硬件描述语言、测试环境搭建、仿真工具的使用，以及I2C协议和存储器接口设计。这将为未来在嵌入式系统设计和数字逻辑领域的工作打下坚实基础。