（11.2）iic串口读写EEPROM实验：iic串口协议

一、iic协议介绍

　　iic（i2c，inter-integrated Circuit），即集成电路总线，是一种两线式串行总线。多用于主机（fpga）和从机（外围设备）在数据量不大且传输距离短的场合下使用（支持一主多从，根据器件地址进行从机的区分）

　　iic由数据线SDA和时钟线SCL构成通信线路，既可以发送数据，也可以接受数据

　　iic为半双工同步通信方式，在不同模式下通信速率不同

　　标准模式：100Kbit/s

　　快速模式：400Kbit/s

　　高速模式：3.4Mbit/s

二、协议时序

　　数据线只允许在时钟的低电平时改变，在高电平时保持不变

　　开始：时钟高电平时，数据线由高变为低；结束：时钟高电平时，数据线由低变为高

　　应答过程：开始时数据线由高变低，紧接着连续八个时钟fpga输出8bit数据（一开始的数据可能是器件地址），从设备检测到器件地址是自己的后，则拉低自己的相应信号，fpga会检测这个拉低的信号，即EEPROM是否响应了数据

　　如果没有响应（即SDA信号一直为高），则可能是因为器件地址发送错误，也可能是时钟频率过高

　　器件地址：由8位数据构成，前四位为固定值，后三位为A2、A1、A0（器件中已全部接地，因此都为0），最后一位为控制位，表示对器件是读操作还是写操作（读操作为1，写操作位0）

　　字节写：首先数据线由高到低表示开始（在时钟高电平时），紧接着发出8位的器件地址（最后一位为0，表示写），接下来的ACK是一个应答位，即EEPROM接收到正确地址后会相应，将拉低这个SDA数据线，（即前面的器件地址是fpga在控制这根线，后面的这个应答位是EEPROM在控制这根线）；

　　接下来是第一个字节地址位（×号表示不用关心的bit位，为什么不用关心呢？因为EEPROM一共有8192个字节，即2的13次方，因此第一个字节位地址前三位是不关心的，后五位和第二个字节地址8位构成了我们的13位字节地址），发送完后EEPROM同样做出一个应答ACK；

　　接下来发送第二个字节位地址（低八位），发送完后EEPROM同样做出一个应答ACK；

　　传送完字节地址后，fpga会将数据DATA发送给EEPROM，同样做出一个应答ACK；

　　最后fpga会发送一个结束操作，即SCL为高电平期间SDA由低变高

　　结束之后EEPROM会处于一个写的周期，将数据写入字节地址中，在此期间无法对其进行操作，这一过程大概5ms

　　页写：前面的操作和字节写相同，区别在于在发送了数据后，不发送终止操作，而是接着发送其他数据，后面的数据依次往后面的地址中写入，直到31（地址是递增的，每一页有32个字节），如果到31还不给结束操作的话，那么他又会返回到0去写数据（注意：这里是在当前页的循环！！要到下一页的话需要重新发起操作改变前面的字节地址）

　　当前地址读：首先是一个开始，然后是一个八位的器件地址（最后一位为1表示读），之后是ACK应答信号，再之后是从EEPROM读取到的数据，之后主机NO ACK不进行应答，再之后就是结束操作

　　可以看到，该过程并没有指定读哪个地址，这是因为它内部有一个字节地址计数器在自动累加。比如我们开始往地址0写入数据，写完后字节地址计数器会变为1，我们发起读操作时读取到的就是地址1中的数据，结束之后再发送读操作的话就是地址2、3、4.......

　　这种读取方式比较简单，只需要给出器件地址其字节地址计数器会自动累加，但缺点就是无法指定某个地址的数据读出来

　　随机地址读：在真正进行读取之前首先会进行一个“哑写”的操作，其目的只是为了切换之前的字节地址计数器为我们需要的地址（因此它只发送了字节地址而没有发送数据），改变之后重新发送开始信号，器件地址（可以看到控制位已经变为1了，表示进行读），应答ACK之后紧跟着的就是读出的8bit的数据，这个数据对应的地址就是前面“哑写”的字节地址，之后主机没有应答，stop

　　这种方式的缺点在于读取之前需要进行一次“哑写”，会占用一定的时间，好处在于可以指定某个字节地址读数据