FPGA技术：学习IIC协议的五种状态
二. iic简介
iic协议分为主机和从机，所有的请求都是由主机发出，从机进行响应，从机是没有办法对主机进行读或写的。iic协议共有两根线，数据线sda和时钟线scl，两根线就可以完成所有的通信请求，简直是太给力了。
三. iic协议
终于到了iic协议的部分。iic协议简单来说，共有五种状态，这五种状态的有序组合就组成了完整的iic通信，学习iic协议，就是学习这五种状态。
空闲态: scl 和 sda 都为高电平，不进行通信的时候。
起始态：在scl为高电平的时候，将sda拉低，主机通知从机，开始进行通信。
数据传输态：数据传输态，又可以分为读和写两个部分，过程都是一样的，就合在一起了，都是在scl为低电平的时候，sda将数据发送，在scl为高电平的时候，将数据接收。
(非)应答态：数据传输态完成后，必须接一个应答态或者非应答态，为了确定对方接收到了数据。在scl为高电平的时候，检测到sda为低电平，则为应答，否则为非应答。
停止态：一次数据传输完成，由主机发起，在scl为高电平的时候，sda由低电平变成高电平。
了解了这五种状态后，接下来就要学习如何使用这五种状态来进行读写操作了。
(一) iic写操作
下面就是一个完整的写操作，共包含三次数据传输态，第一次发送的是从机地址 + 0，第二次发送的是寄存器的地址，第三次写的是数据，写入寄存器中的数据。从机地址一般为7bit，与另外一bit共同组成8bit，0表示写，1表示读。
(二）iic读操作
读操作要比写操作复杂一点，需要的状态多一些。一共有五个数据传输态，状态图如下了。
上面的流程图都是对从机的地址为7位以及从机的寄存器地址为8位的操作。
四. verilog代码实现
有了上面的各个状态中，sda和scl的变换关系，以及读写的序列，就可以很方便的来写程序啦。
1. 首先，当然离不开状态机，根据上面叙述的五种状态，编写状态机，状态机中，将数据传输态分成了读和写两种状态。有了各个状态，操作sda和scl两根线不是易如反掌嘛！
/*iic 状态*/localparam iic_idle = 6'b000_001; /*空闲态*/localparam iic_start = 6'b000_010; /*起始态*/localparam iic_wrdata = 6'b000_100; /*写数据态*/localparam iic_rddata = 6'b001_000; /*读数据态*/localparam iic_ack = 6'b010_000; /*应答态*/localparam iic_stop = 6'b100_000; /*停止态*/ 2. 状态机的跳转条件如下，跳转条件和上面叙述的一样。单独看这个有点难懂，有些变量不明白其具体含义，可以结和仿真图形和完整代码进行理解。
/*状态机*/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) /*三个字节发送完成，进入停止态*/ 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 各个部分实现的详细代码，就不列举出来啦，代码总计280多行，也不算多。通过本iic模块，可以驱动ov5640摄像头，mpu6050模块和0.96寸oled屏幕等等，后续会基于此模块，来驱动这些外设。
五. testbeach编写
还是按照流程走，编写完模块后，进行一下仿真，还真有错误，幸亏仿真了，哈哈哈。
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iic协议分为主机和从机，所有的请求都是由主机发出，从机进行响应，从机是没有办法对主机进行读或写的。iic协议共有两根线，数据线sda和时钟线scl，两根线就可以完成所有的通信请求，简直是太给力了。
三. iic协议
终于到了iic协议的部分。iic协议简单来说，共有五种状态，这五种状态的有序组合就组成了完整的iic通信，学习iic协议，就是学习这五种状态。
空闲态: scl 和 sda 都为高电平，不进行通信的时候。
起始态：在scl为高电平的时候，将sda拉低，主机通知从机，开始进行通信。
数据传输态：数据传输态，又可以分为读和写两个部分，过程都是一样的，就合在一起了，都是在scl为低电平的时候，sda将数据发送，在scl为高电平的时候，将数据接收。
(非)应答态：数据传输态完成后，必须接一个应答态或者非应答态，为了确定对方接收到了数据。在scl为高电平的时候，检测到sda为低电平，则为应答，否则为非应答。
停止态：一次数据传输完成，由主机发起，在scl为高电平的时候，sda由低电平变成高电平。
了解了这五种状态后，接下来就要学习如何使用这五种状态来进行读写操作了。
(一) iic写操作
下面就是一个完整的写操作，共包含三次数据传输态，第一次发送的是从机地址 + 0，第二次发送的是寄存器的地址，第三次写的是数据，写入寄存器中的数据。从机地址一般为7bit，与另外一bit共同组成8bit，0表示写，1表示读。
(二）iic读操作
读操作要比写操作复杂一点，需要的状态多一些。一共有五个数据传输态，状态图如下了。
上面的流程图都是对从机的地址为7位以及从机的寄存器地址为8位的操作。
四. verilog代码实现
有了上面的各个状态中，sda和scl的变换关系，以及读写的序列，就可以很方便的来写程序啦。
1. 首先，当然离不开状态机，根据上面叙述的五种状态，编写状态机，状态机中，将数据传输态分成了读和写两种状态。有了各个状态，操作sda和scl两根线不是易如反掌嘛！
/*iic 状态*/localparam iic_idle = 6'b000_001; /*空闲态*/localparam iic_start = 6'b000_010; /*起始态*/localparam iic_wrdata = 6'b000_100; /*写数据态*/localparam iic_rddata = 6'b001_000; /*读数据态*/localparam iic_ack = 6'b010_000; /*应答态*/localparam iic_stop = 6'b100_000; /*停止态*/ 2. 状态机的跳转条件如下，跳转条件和上面叙述的一样。单独看这个有点难懂，有些变量不明白其具体含义，可以结和仿真图形和完整代码进行理解。
/*状态机*/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) /*三个字节发送完成，进入停止态*/ 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 各个部分实现的详细代码，就不列举出来啦，代码总计280多行，也不算多。通过本iic模块，可以驱动ov5640摄像头，mpu6050模块和0.96寸oled屏幕等等，后续会基于此模块，来驱动这些外设。
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