基于NiosII的I2C总线接口的实现

　　本文提出采用"NiosⅡ+AT24C02"设计方案，在介绍AT24C02A芯片主要特性和分析I2C通信协议原理基础上，重点介绍Nios Ⅱ与AT24C02A之间接口电路的设计方法，包括接口电路的寄存器定义、逻辑功能模块设计和驱动程序的编写三个方而的内容，利用嵌入式逻辑分析仪(SigalTap Ⅱ Logic Analyzer)来分析接口信号时序，分析结果表，本接口所产生的读写时序满足I2C的通信协议要求，验证了设计的正确性。

　　1 AT24C02A芯片简介

　　AT24C02A芯片，是由ATMEL公司生产的基于I2C总线型的串行电可擦除的可编程存储器(EEPROM)，内部含有2Kbit的存储单元，是通过二根线(SDL与SCL)与外部I2C控制器交换数据。

　　AT24C02A芯片的主要特性如下：

　　低电压和标准电压操作

　　-2.7(VCC=2.7V至5.5V)

　　-1.8(VCC=1.8V至5.5V)

　　片内存储容量为256×8 bit(2K)

　　2线串行接口

　　施密特触发器，过滤输入的噪声抑制

　　双向数据传输协议

　　100 kHz(1.8V、2.5V、2.7V)和400 kHz(5V)兼容性

　　写保护引脚的硬件数据保护。

　　2 I2C通信协议

　　2.1 I2C通信协议简介

　　AT24C02A器件采用成本低廉的I2C(Inter integrat-ed Circuit)总线通信协议，SDA和SCL均为双向I/O线，通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线都是高电平。连接总线的器件的输出级必须是集电极或漏极开路的。I2C总线的数据传送速率在标准工作方式下为100kbit/s，在快速方式下，最高传送速率可达400kbit/s。

　　在数据传送过程中，必须确认数据传送的开始和结束信号(也称启动和停止信号)。当时钟线SCL为高电平时，数据线SDA由高电平跳变为低电平则定义为"开始"信号;当SCL为高电平时，SDA由低电平跳变为高电平则定义为"结束"信号。开始和结束信号都由主器件产生。在开始信号以后， 总线即被认为处于忙状态;在结束信号以后的一段时间内，总线被认为是空闲状态。

　　在I2C总线开始信号后，依次送出器件地址和数据，I2C总线上每次传送的数据字节数不限，但每一个字节必须为8位，而且每个传送的字节后面必须跟一个认可位(第9位)，也叫应答位(ACK)。从器件的响应信号结束后，SDA线返回高电平，进入下一个传送周期。