二. IIC簡介

IIC協議分為主機和從機，所有的請求都是由主機發出，從機進行響應，從機是沒有辦法對主機進行讀或寫的。IIC協議共有兩根線，數據線SDA和時鐘線SCL，兩根線就可以完成所有的通信請求，簡直是太給力了。

三. IIC協議

終于到了IIC協議的部分。IIC協議簡單來說，共有五種狀態，這五種狀態的有序組合就組成了完整的IIC通信，學習IIC協議，就是學習這五種狀態。

空閑態:? SCL 和 SDA 都為高電平，不進行通信的時候。

起始態：在SCL為高電平的時候，將SDA拉低，主機通知從機，開始進行通信。

數據傳輸態：數據傳輸態，又可以分為讀和寫兩個部分，過程都是一樣的，就合在一起了，都是在SCL為低電平的時候，SDA將數據發送，在SCL為高電平的時候，將數據接收。

(非)應答態：數據傳輸態完成后，必須接一個應答態或者非應答態，為了確定對方接收到了數據。在SCL為高電平的時候，檢測到SDA為低電平，則為應答，否則為非應答。

停止態：一次數據傳輸完成，由主機發起，在SCL為高電平的時候，SDA由低電平變成高電平。

了解了這五種狀態后，接下來就要學習如何使用這五種狀態來進行讀寫操作了。

(一) ?IIC寫操作

下面就是一個完整的寫操作，共包含三次數據傳輸態，第一次發送的是從機地址 + 0，第二次發送的是寄存器的地址，第三次寫的是數據，寫入寄存器中的數據。從機地址一般為7bit，與另外一bit共同組成8bit，0表示寫，1表示讀。

(二）IIC讀操作

讀操作要比寫操作復雜一點，需要的狀態多一些。一共有五個數據傳輸態，狀態圖如下了。

上面的流程圖都是對從機的地址為7位以及從機的寄存器地址為8位的操作。

四. Verilog代碼實現

有了上面的各個狀態中，SDA和SCL的變換關系，以及讀寫的序列，就可以很方便的來寫程序啦。

1. 首先，當然離不開狀態機，根據上面敘述的五種狀態，編寫狀態機，狀態機中，將數據傳輸態分成了讀和寫兩種狀態。有了各個狀態，操作SDA和SCL兩根線不是易如反掌嘛！

/*IIC 狀態*/localparam IIC_IDLE    
   =   6'b000_001;  /*空閑態*/localparam IIC_START    
  =   6'b000_010;  /*起始態*/localparam IIC_WRDATA  
   =   6'b000_100;  /*寫數據態*/localparam IIC_RDDATA   
  =   6'b001_000;  /*讀數據態*/localparam IIC_ACK     
   =   6'b010_000;  /*應答態*/localparam IIC_STOP    
   =   6'b100_000;  /*停止態*/

2.?狀態機的跳轉條件如下，跳轉條件和上面敘述的一樣。單獨看這個有點難懂，有些變量不明白其具體含義，可以結和仿真圖形和完整代碼進行理解。

/*狀態機*/always @(*)begin  
  case(state)   
 IIC_IDLE:   
      if(IICWriteReq == 1'b1 || IICReadReq == 1'b1)  
          next_state <= IIC_START;     
   else        
    next_state <= IIC_IDLE;   
 IIC_START:     
   if(IICCnt == (IIC_Pre * 'd2))    
        next_state <= IIC_WRDATA;    
    else         
   next_state <= IIC_START;  
  IIC_WRDATA: 
       if(IICBitCnt == 'd8 && IICCnt == IIC_Pre /4 && iicCLK == 1'b0)     
       next_state <= IIC_ACK;   
     else      
      next_state <= IIC_WRDATA; 
   IIC_RDDATA:     
   if(IICBitCnt == 'd8 && IICCnt == IIC_Pre /4 && iicCLK == 1'b0)    
        next_state <= IIC_ACK;   
     else    
        next_state <= IIC_RDDATA;   
 IIC_ACK:    
    if(IICACKStopCnt == 'd1 && IICCnt == IIC_Pre /4 && iicCLK == 1'b0)  
          if(IICSendBytes == 'd3)         
        if(IICWriteReq == 1'b1)      
   /*三個字節發送完成，進入停止態*/       
             next_state <= IIC_STOP;     
           else           
          next_state <= IIC_RDDATA; 
           else if(IICSendBytes == 'd2 && IICReadReq == 1'b1)       
         next_state <= IIC_START;       
     else if(IICSendBytes == 'd4)   
            next_state <= IIC_STOP;      
      else              
  next_state <= IIC_WRDATA;   
     else         
   next_state <= IIC_ACK;  
  IIC_STOP:      
  if(IICACKStopCnt == 'd1 && IICCnt == IIC_Pre/4 && iicCLK == 1'b1)     
       next_state <= IIC_IDLE;
        else 
           next_state <= IIC_STOP;   
 default: 
 next_state <= IIC_IDLE; 
   endcaseend

各個部分實現的詳細代碼，就不列舉出來啦，代碼總計280多行，也不算多。通過本IIC模塊，可以驅動OV5640攝像頭，MPU6050模塊和0.96寸OLED屏幕等等，后續會基于此模塊，來驅動這些外設。

五. testbeach編寫

還是按照流程走，編寫完模塊后，進行一下仿真，還真有錯誤，幸虧仿真了，哈哈哈。

`timescale 1ns/1ps
module testbench();
    reg  clk; 
   reg  rst;  
  wire  SDA;  

  wire  SCL;   
 reg IICWriteReq;  
  reg IICReadReq;    
wire IICWriteDone;  
  wire IICReadDone;
    always # 50 clk = ~clk;
    initial begin        clk = 1'b1;        rst = 1'b1;
        IICWriteReq = 1'b0;  
      IICReadReq = 1'b1;      
  #100   /*手動復位*/      
  rst = 1'b0;   
     #100      
  rst = 1'b1; 
   end      
  always@(posedge clk)   
     if(IICReadDone == 1'b1)   /*讀完成后，readReq為0，只進行一次讀寫操作*/       
     IICReadReq <= 1'b0;    
    else     
       IICReadReq <= IICReadReq;
IIC_Driver  IIC_DriverHP(  
  .sys_clk    
        (clk),     
      /*系統時鐘*/ 
   .rst_n           
   (rst),           
  /*系統復位*/
    .IICSCL    
         (SCL),          
  /*IIC 時鐘輸出*/  
  .IICSDA        
     (SDA),          
   /*IIC 數據線*/
    .IICSlave    
       ('h1234),

    .IICWriteReq   
     (IICWriteReq), 
      /*IIC寫寄存器請求*/  
  .IICWriteDone        (IICWriteDone),  

    /*IIC寫寄存器完成*/    
.IICWriteData      
  ('h5a), /*IIC發送數據 8bit的從機地址 + 8bit的寄存器地址 + 8bit的數據(讀忽略，后默認為0)*/
    .IICReadReq   
      (IICReadReq),   

     /*IIC讀寄存器請求*/ 
   .IICReadDone  
      (IICReadDone), 
      /*IIC讀寄存器完成*/    
.IICReadData     
   ()/*IIC讀取數據*/);
endmodule

編輯：黃飛