基于FPGA视频采集中的I2C总线设计与实现

I2C总线控制读／写操作过程如表2、表3所示(S：开始，Sr：重开始，P：停止，-S：从设备，-M：主设备，W：写位，R：读位)：

在设计中主要实现以下四种功能：开始条件功能、字节发送功能、应答条件功能和停止条件功能。四种功能信号的时序和数据总线传递如图2、图3所示。

为了完成上述要求和功能，本文采用VHDL语言编写逻辑的方法来模拟I2C总线接口时序逻辑，配置数据可以由主机发送，也可以预先存放，同时用VHDL编写时序逻辑对SAA7111进行初始化配置。根据设计要求，在不同的进程下对串行时钟线(SCL)和串行数据线(SDA)进行设计。时钟信号源采用10 MHz的晶振，分频后作为进程激励信号，基本能够满足SAA7111芯片的数据率要求。但如果在一些更高速的情况下，需要快速通过I2C总线对被控器件进行设置，这里只需将行时钟线(SCL)和串行数据线(SDA)的频率进行修改即可，其接口控制如图4所示。

4 设计仿真结果
设计中利用QuartusⅡ集成环境采用VHDL语言实现了I2C总线对SAA7111中集成的symbol进行实验仿真。reset信号为外接复位信号，时钟信号根据需要外接所需频率时钟信号(clk)，并根据要求对信号进行16分频作为进程激励信号(clkin)。对于上述初始化数据，仿真波形如图5所示仿真结果输出正确后，配置与电路设计相符的入／输出引脚。根据测试结果，该设计可以稳定可靠地对SAA7111进行参量控制，如果需要修改只需更换程序中参量，再次编译下载即可。

5 结语
该设计在视频采集处理系统中已得到应用，I2C总线接口数据采集正确、稳定，并且在实现过程中，占用资源少，仅为总资源的40 ％。核心器件与图像数据采集芯片配合使用，节省核心处理芯片的通用I／O接口，使系统整体电路十分简洁、可靠性高、集成度高、接口方便等优点。