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| V1.0 | 2020-07-08 | gingko | 初次建立 |
===== 例程二十二：【MicroPython】RAM-FPGA I2C通信 =====
==== 一、实验目的与意义 ====
了解I2C总线通信的基本原理；掌握RAM与FPGA的I2C通信方法；掌握Quartus II集成环境使用方法。
==== 二、实验设备及平台 ====
- iCore3双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?id=524229438677|点击购买]]
- Micro USB线
- Blaster（或相同功能）仿真器
- Quartus II开发平台
- 串口调试器
- 电脑
==== 三、实验原理 ====
通过FPGA建立的I2C模块对外提供SCL、SDA接口，与STM32模拟的I2C接口相连接，串口调试器与STM32通过串口连接，实现三者之间的通信。本实验中，以STM32作为主机，FPGA作为从机，串口调试器向STM32发送数据，STM32的串口4接收数据，然后通过I2C将数据发送至FPGA，STM32起到一个桥梁的作用。程序运行后，FPGA收到数据后向STM32发送数据，经过STM32发送至串口调试器。原理示意图如下所示：
{{ :icore3:icore3_micropython_21_1.png?direct |实验通讯示意图}}
排针引脚连接对照表：
|SPI信号线 |ARM引脚 |FPGA引脚|
|时钟信号（SCL） |PD8 |D8|
|数据信号（SDA） |PD9 |F7|
注意：iCore3核心板已经将以上引脚相连。
==== 四、实验步骤 ====
- 用数据线将iCore3的USB-OTG口与电脑相连，将供电跳帽选择为OTG供电；
- 将代码包中的custom_i2c.py、main.py文件替换到PYBFLASH磁盘中，弹出磁盘(必须！)，拔下数据线将iCore3断电；
- 将USB-Blaster与iCore3的JTAG调试口相连；
- 将跳线帽选为USB UART，并将数据线连接到USB UART；
- 将数据线连接到电脑，iCore3上电Python代码运行；
- 打开QuartusII开发环境，打开实验工程，编译工程，下载FPGA代码；
- 打开串口调试器，连接到对应串口并打开，发送命令，观察实验现象；
- 命令格式如下：
|命令字符串|RAM-LED|FPGA-LED|
|ledr |红灯亮 |红灯亮|
|ledg |绿灯亮 |绿灯亮|
|ledb |蓝灯亮 |蓝灯亮|
==== 五、实验现象 ====
在发送区编辑完要发送的数据后，点击发送即可观察到RAM-LED、FPGA-LED变化，并在接收区收到iCore3的回复信息，如下图所示：
{{ :icore3:icore3_micropython_22_2.png?direct |串口调试器界面}}
==== 六、实验程序 ====
# -*- coding: utf-8-*-
# main.py -- put your code here!
from pyb import Pin, udelay, LED, UART # 导入相关模块
from custom_i2c import I2C # 从定制i2c模块中导入I2C对象
# 主函数
# 定义串口4对象，波特率9600
U4 = UART(4,9600)
# 定义I2C对象，定义 sda:D9, scl:D8 (iCore3硬件连接)
fpga_i2c = I2C(Pin('D9'), Pin('D8'))
while True:
re = U4.readline() # 缓冲区读取一行内容
if re != None: # 若内容不为空
udelay(5000) # 延时5ms，等内容接受完整，视内容长短而定，若时间过短则会通信失败
re = re + U4.readline() # 将内容合并
if re == b'ledr': # 控制命令匹配
LED(1).on() # 红灯亮
LED(2).off()
LED(3).off()
elif re == b'ledg': # 绿灯亮
LED(1).off()
LED(2).on()
LED(3).off()
elif re == b'ledb': # 蓝灯亮
LED(1).off()
LED(2).off()
LED(3).on()
# 将命令发送给FPAG
data = re.decode('ascii')+'\r\n'
fpga_i2c.write_nbyte(0x03, 0X8F, data)
res = fpga_i2c.read_nbyte(0x02,0x0F,0x06) # 再读入六字节
U4.write(res) # 将从FPGA接收到的内容再发给串口4
# -*- coding: utf-8-*-
# custom_i2c.py -- put your code here!
from pyb import Pin, udelay # 导入相关模块
# 普通IO模拟I2C驱动
class I2C(object):
"""创建I2C对象时传入两个参数
sda: 数据信号
scl: 时钟信号
"""
# 对象创建时，自动初始化
def __init__(self, sda, scl):
super(I2C, self).__init__()
self.sdapin = sda # sda引脚编号
self.sclpin = scl # scl引脚编号
self.I2C_SDA = Pin(self.sdapin, Pin.OUT_PP) # 数据信号线输出
self.I2C_SCL = Pin(self.sclpin, Pin.OUT_PP) # 时钟信号线输出
self.I2C_SDA.high() # SDA拉高
self.I2C_SCL.high() # 时钟拉高
self.i2c_flag = 0 # 应答标志
self.us = 10 # 信号稳定延时
# 起始信号
def start(self):
self.I2C_SDA.high()
udelay(self.us)
self.I2C_SCL.high()
udelay(self.us)
self.I2C_SDA.low()
udelay(self.us)
self.I2C_SCL.low()
udelay(self.us)
# 停止信号
def stop(self):
self.I2C_SDA = Pin(self.sdapin, Pin.OUT_PP)
self.I2C_SDA.low()
udelay(self.us)
self.I2C_SCL.high()
udelay(self.us)
self.I2C_SDA.high()
udelay(self.us)
# 应答信号
def ack(self, char):
self.I2C_SDA = Pin(self.sdapin, Pin.OUT_PP)
if char: # 若成功读取数据，则将数据线拉低
self.I2C_SDA.low()
else:
self.I2C_SDA.high()
udelay(self.us)
self.I2C_SCL.high()
udelay(self.us)
self.I2C_SCL.low()
udelay(self.us)
# 写一字节
def write(self, data):
self.I2C_SDA = Pin(self.sdapin, Pin.OUT_PP)
for i in range(8): # 循环八次，发送一字节
if data & 0x80: # 发送最高位的一比特
self.I2C_SDA.high() # 数据信号线拉高
else:
self.I2C_SDA.low() # 数据信号线拉低
udelay(self.us)
self.I2C_SCL.high()
udelay(self.us)
self.I2C_SCL.low()
data <<= 1 # 数据位左移一位
# 再第九个时钟周期，从机回复一个ACK信号，主机将数据线设置为输入模式
self.I2C_SDA = Pin(self.sdapin, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
udelay(self.us)
udelay(self.us)
self.I2C_SCL.high()
udelay(self.us)
if self.I2C_SDA.value(): # 若SDA没有被拉低，则代表接受异常
self.i2c_flag = 0
else:
self.i2c_flag = 1 # SDA被拉低代表接受正常，将i2c_flag赋值为1
self.I2C_SCL.low() # 主机将数据线设置为输出模式
self.I2C_SDA = Pin(self.sdapin, Pin.OUT_PP)
udelay(self.us)
# 发送n字节，参数为sla:设备地址，suba:寄存器地址，s:字符串
def write_nbyte(self, sla, suba, s):
self.I2C_SDA = Pin(self.sdapin, Pin.OUT_PP)
self.start() # 发送起始信号
self.write(sla) # 发送设备地址
self.write(suba) # 发送寄存器地址
for i in range(len(s)): # 逐个发送字符
self.write(ord(s[i])) # 将字符转换位ascii码值
self.stop() # 发送停止信号
return(1)
# 读一字节
def read(self):
retc = 0
self.I2C_SDA.high()
self.I2C_SDA = Pin(self.sdapin, Pin.IN, Pin.PULL_UP)
for i in range(8):
udelay(self.us)
self.I2C_SCL.low()
udelay(self.us)
self.I2C_SCL.high()
udelay(self.us)
retc <<= 1
if self.I2C_SDA.value(): # 读取输入信号线
retc += 1 # 接收变量按位赋值
udelay(self.us)
self.I2C_SCL.low()
udelay(self.us)
self.I2C_SDA = Pin(self.sdapin, Pin.OUT_PP)
return(chr(retc)) # 将ascii码转换为字符
# 读取n字节，参数为sla:设备地址，suba:寄存器地址，no:字节长度
def read_nbyte(self, sla, suba, no):
re = ''
self.start() # 发送起始信号
self.write(sla) # 发送设备地址
self.write(suba) # 发送寄存器地址
for i in range(no-1):
re += self.read()
self.ack(1) # 发送应答信号
re += self.read()
self.ack(0)
self.stop() # 发送停止信号
return(re) # 返回接收到的字符串