I2C在芯片的配置中應用還是很多的，比如攝像頭、VGA轉HDMI轉換芯片，之前博主分享過一篇I2C協議的基礎學習IIC協議學習筆記，這篇就使用Verilog來實現EEPROM的讀寫，進行一個簡單的I2C實戰應用。

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，只是內存大小不同，AT24C32是32k（4096x8）AT24C64是64k（8192x8），

SCL設置為頻率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

寫字節操作

隨機讀字節操作

我這個芯片是雙字節數據地址，所以在寫數據地址時要寫兩次，先是高字節后是低字節。

開始結束標志

這個I2C總線的時序是一致的。

EEPROM應答

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

數據傳輸時序

sda數據線在scl時鐘的下降沿中間變化，可以避免產生誤觸開始結束標志。

I2C Design

i2c_start為高電平有效，傳輸完成后會產生一個i2c_done結束標志，表示操作完成。

I2C狀態轉移圖

I2C寫操作

（1）產生start位

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

（3）傳送寫入器件寄存器地址，即數據要寫入的位置。同樣ACK應答不用管。

（4）傳送要寫入的數據。ACK應答不用管。

（5）產生stop信號。

I2C讀操作

（1）產生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）再次產生start信號

（5）再傳送一次器件地址，這里根據手冊最低位是讀R高電平，ACK。

（6）讀取一個字節的數據，讀數據最后結束前無應答ACK信號。

（7）產生stop信號。

讀寫操作的寫器件地址和寫數據地址操作是一樣的，狀態轉移圖中讀寫操作中這兩部分復用了，根據讀寫標志來判斷。

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

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驅動，仿真的時候可以將時間參數改小，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作為讀寫使能，數碼管顯示讀出來的輸出，最后實現了對指定存儲地址讀寫數據。