在以51單片機(jī)為核的小型電路設(shè)計(jì)中，沒(méi)有足夠的I/O端口與內(nèi)部時(shí)鐘中斷實(shí)現(xiàn)I2C總線功能。本文運(yùn)用VHDL語(yǔ)言對(duì)FPGA進(jìn)行必要的編程，在不影響51單片機(jī)地址分配的同時(shí)能夠?qū)?位并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為符合I2C總線協(xié)議的串行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)I2C主機(jī)控制器功能。同時(shí)，應(yīng)用MaxPlus軟件對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行時(shí)序仿真，分析設(shè)計(jì)可行性與存在的不足，該設(shè)計(jì)能夠滿足預(yù)定目標(biāo)，拓展FPGA應(yīng)用。

　　I2C總線是一種常見(jiàn)的數(shù)據(jù)總線格式，在電路設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用，其優(yōu)點(diǎn)是接口結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸快，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。但是，在以 51單片機(jī)為核的小型電路設(shè)計(jì)中，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的I2C總線控制端口，因此迫切需要找到一種能夠?qū)崿F(xiàn)I2C總線主機(jī)控制器的設(shè)計(jì)方案。本文在51單片機(jī)數(shù)據(jù)總線與地址總線的復(fù)用的基礎(chǔ)上，對(duì)FPGA進(jìn)行適當(dāng)編程，實(shí)現(xiàn)I2C主機(jī)控制器功能。該方案取代了使用專(zhuān)門(mén)的I2C總線轉(zhuǎn)換芯片的方法，節(jié)約了成本，同時(shí)能夠滿足地址總線的有效分配，拓展了FPGA的應(yīng)用范圍。通過(guò)運(yùn)用MaxPlus軟件對(duì)FPGA器件進(jìn)行時(shí)序仿真后，分析了確認(rèn)原該電路邏輯正確，實(shí)現(xiàn)的可行性。進(jìn)而驗(yàn)證了該方法是可行的。

　　I2C總線協(xié)議簡(jiǎn)介與VHDL語(yǔ)言簡(jiǎn)介

　　I2C總線以SDA由高到低電平作為起始條件，依次發(fā)送從機(jī)地址（7位地址或10位地址），與8位串行數(shù)據(jù)信息，以SDA由低到高電平作為結(jié)束條件。7位地址主機(jī)數(shù)據(jù)傳輸格式如圖1所示。

　　VHDL語(yǔ)言是進(jìn)行大型FPGA工程設(shè)計(jì)時(shí)最常用的硬件編程語(yǔ)言。VHDL采用IEEE的標(biāo)準(zhǔn)，語(yǔ)法簡(jiǎn)單，通俗易懂。

　　I2C總線主機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)原理分析在51單片機(jī)地址總線與讀/寫(xiě)信號(hào)的共同控制下，接通FPGA內(nèi)部片選信號(hào)，對(duì)8位并行數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，選通I2C功能模塊。I2C功能模塊將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合I2C總線協(xié)議的串行數(shù)據(jù)，并將忙/閑信號(hào)反饋給上級(jí)。三個(gè)模塊均用VHDL硬件語(yǔ)言編寫(xiě)［3］，F(xiàn)PGA內(nèi)部電路原理如圖2所示。