【摘要】在以51单片机为核的小型电路设计中，没有足够的I/O端口与内部时钟中断实现I2C总线功能。本文运用VHDL语言对FPGA进行必要的编程，在不影响51单片机地址分配的同时能够将8位并行数据转化为符合I2C总线协议的串行数据，实现I2C主机控制器功能。同时，应用MaxPlus软件对设计进行时序仿真，分析设计可行性与存在的不足，该设计能够满足预定目标，拓展FPGA应用。

【关键词】I2C总线;FPGA设计;MaxPlus仿真

Abstract：In a small circuit nuclear design based on 51 SCM，no I/O port enoughand internal clock interrupt to realize I2C bus function.In this paper，the use of VHDL language programming necessary for FPGA without affecting the 51 SCM also addresses are assigned to 8 bit paralleldata into serial data with I2C bus protocol，iIplementation of I2C host controller function.

Key words：I2C Bus;FPGA design;MaxPlus emluator

1.引言

I2C總线是一种常见的数据总线格式，在电路设计中经常使用，其优点是接口结构简单，数据传输快，实现简单。但是，在以51单片机为核的小型电路设计中，没有专门的I2C总线控制端口，因此迫切需要找到一种能够实现I2C总线主机控制器的设计方案。本文在51单片机数据总线与地址总线的复用的基础上，对FPGA进行适当编程，实现I2C主机控制器功能。该方案取代了使用专门的I2C总线转换芯片的方法，节约了成本，同时能够满足地址总线的有效分配，拓展了FPGA的应用范围。通过运用MaxPlus软件对FPGA器件进行时序仿真后，分析了确认原该电路逻辑正确，实现的可行性。进而验证了该方法是可行的。

2.I2C总线协议简介与VHDL语言简介

I2C总线以SDA由高到低电平作为起始条件，依次发送从机地址（7位地址或10位地址），与8位串行数据信息，以SDA由低到高电平作为结束条件。7位地址主机数据传输格式如图1所示[1]。

图1 I2C总线主机数据传输图

VHDL语言是进行大型FPGA工程设计时最常用的硬件编程语言。VHDL采用IEEE的标准，语法简单，通俗易懂。……