中频解调电路中的I2C总线接口电路

(6)状态机与控制逻辑的设置与优化。状态机与控制逻辑作为I2C接口的控制中心，主要用于控制I2C接口电路的使能、启动、终止。图5给出寄存器组图的应答、复位、选址及中断请求等。通过对状态机与控制逻辑的优化设置，仅使用3位状态作为状态机的状态端，在满足更多功能的基础上，电路更易于实现。如图6所示，3个触发器的输出Q18，Q15，Q16为状态机的状态，Qd0～Qd8为移位寄存器的输出，HL91为移位寄存器的可控复位端，G111为地址检测位，HL22为应答位，C5，C6为移位寄存器与读状态寄存器的控制端。

上电后，状态机的初始值被置位为全0。HL91作为移位寄存器输入端的置位端将移位寄存器的输入端置0。当初始信号到来时，start信号变为1，此时状态机的状态变为100，开始传送寻址字节；当8位地址传送完毕后，假设为写状态，此时Qd8变为高电平，应答位HL22由高电平变为低点平，状态机的状态变为110。HL91变高将移位寄存器的输入置0，响应结束后，应答位由低电平变为高电平，状态机的状态变为010，此时开始传输数据。

I2C总线开始工作后，主控器便发送寻址字节给移位寄存器，在移位寄存器将7位串行地址并行移出，且与地址寄存器的从地址进行比较，当地址相同时，Glll变为1，寻址成功，此时应答信号HL22变为0，并告知主控制器。在寻址成功后，如果为读状态，则在传完该字节之后，产生应答信号，状态机变为100，移位寄存器控制端C5变为低电平，读状态寄存器的控制端C6变为高电平，读状态寄存器读入内部总线状态。其中，QI20是与读／写有关的控制端，响应结束后，状态机状态变为110，此时，C5变为高电平，C6变为低电平，读状态寄存器将存储的8位状态位并行传给移位寄存器；移位寄存器将状态串行移出，发送给主控制器；主控制器接收到8位状态位后，发送非应答信号给接收器，使它释放数据线；响应结束后，主控制器产生结束信号，结束数据传送。

如果为写状态，在接收器产生应答信号后，主控器将发送子地址给移位寄存器。根据输出模式寄存器功能的不同，分别对应3组不同的子地址。在状态机与控制逻辑的作用下，子地址具有自动加1功能，所以在读写多字节时，可以实现自动操作，加上后面的2／4译码器，每次只选通1路输出模式寄存器，如图7所示。

在所有数据发送完毕后，接收器发送应答信号给主控制器，响应结束后，主控制器发送停止信号(P)，结束数据传送。

3 仿真结果

通过VHDL的程序编写，对I2C模块进行了分析综合，得到如图8、图9的仿真结果。

在写状态时，寻址位后的读／写位为0，C6一直为低电平，即读状态寄存器不工作，在开始后的第8个时钟，移位寄存器将SDA的数据并行移出，第9个时钟时，应答位HL22变为低电平。在读状态时，当传完7位寻址位和"1"方向位时，C5变为低电平，C6变为高电平，读状态寄存器工作，可将内部总线状态读进来。

在读／写2种状态下，I2C控制模块都能很好地实现I2C总线的开始、停止、读、写、响应等功能，仿真结果正确，完全符合I2C总线标准和电路预期的要求。

4 结 语

目前，I2C总线已作为一种标准广为人们接受，除了带有I2C总线的单片机和一些常用的外围设备器件，在电信、电视、音像等产品中都有成套的I2C总线器件。

随着大量串行数据的传输，I2C总线的传输速率已提升为高速模式，可达到3．4 Mb／s，寻址范围也由原来的7位扩展为10位，这样被控器的地址数量约增加了10倍。