آموزش اینترفیس I2C در FPGA با VHDL + پیاده سازی و تست عملی

FPGA چیست؟ FPGA، نوعی مدار مجتمع (IC) است که می‌توان آن را پس از ساخت، برنامه‌ریزی کرد. به همین دلیل به آن برنامه‌پذیر در محل گفته می‌شود. FPGAها از اجزای منطقی کوچکی به نام بلوک‌های منطقی یا سلول‌های منطقی تشکیل شده‌اند که می‌توانند به روش‌های مختلفی به هم متصل شوند تا مدارهای دیجیتال دلخواه را پیاده‌سازی کنند. زبان VHDL چیست؟ VHDL، یک زبان توصیف سخت‌افزاری است که برای طراحی و شبیه‌سازی مدارهای دیجیتال الکترونیکی استفاده می‌شود. طراحان با VHDL می‌توانند مدارهای خود را به روشی خوانا و قابل نگهداری، توصیف کنند. VHDL توسط IEEE (موسسه مهندسان برق و الکترونیک) به عنوان یک استاندارد بین‌المللی پذیرفته شده است. اینترفیس I2C چیست؟ I2C یک پروتکل ارتباطی سریال دو سیمه است که برای اتصال میکروکنترلرها و سایر دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود. I2C یک پروتکل master-slave است، به این معنی که یک دستگاه (Master) کنترل گذرگاه را در دست دارد و دستگاه‌های دیگر (Slaves) می‌توانند با آن ارتباط برقرار کنند. اهمیت یادگیری پیاده‌‌سازی اینترفیس I2C در FPGA با زبان VHDL چیست؟ یادگیری پیاده‌سازی FPGA یک مهارت بسیار ارزشمند و مهم برای مهندسین الکترونیک و فعالان در این زمینه است. با یادگیری کدنویسی سخت‌افزار FPGA، می‌توان بر روی توسعه دستگاه‌ها و تجهیزات الکترونیکی با مصرف انرژی کمتر و انعطاف‌پذیری پرداخت. همچنین یادگیری FPGA به افزایش سرعت و کارآمدی در توسعه و طراحی دستگاه‌های الکترونیکی کمک می‌کند. از طرف دیگر، ارتباط برد FPGA به عنوان برد پردازشگر مرکزی به دیوایس‌های مختلف نظیر سنسورهای دما، رطوبت و ...، جزو ملزومات طراحی مدارت سیستم نهفته است. یکی از پروتکل‌های مورد استفاده در بسیاری از سنسورها و دیوایس‌های الکترونیکی، پروتکل I2C است. پروتکل I2C از ساختار ساده و انعطاف‌پذیری برخوردار است که امکان اتصال چندین دستگاه به یکدیگر را در یک شبکه کوچک فراهم می‌کند. به عبارت دیگر، آشنایی با پروتکل I2C به افراد کمک می‌کند تا به طراحی و ارتباط بین دستگاه‌های الکترونیکی با استفاده از یک پروتکل استاندارد و موثر بپردازند. یادگیری پروتکل اینترفیس I2C در بردهای FPGA، یکی از پرکاربردترین و قابل اعتمادترین پروتکل‌های ارتباطی بین دستگاه‌های الکترونیکی است. به عنوان یک توسعه‌دهنده FPGA، مهندسان با تسلط بر اینترفیس I2C، می‌توانند به طور کارآمد دستگاه‌های الکترونیکی خود را به یکدیگر متصل و داده‌ها را از یک دستگاه به دستگاه دیگری منتقل کنند. اینترفیس I2C امکان استفاده از یک پروتکل استاندارد و معتبر را فراهم می‌کند که توسط آن می‌توان به طراحی و مدیریت ارتباطات بین دستگاه‌های مختلف پرداخت و پروژه‌های FPGA خود را بهبود بخشید. از جمله دیوایس‌های موجود در بازار که از پروتکل ارتباطی I2C استفاده می کنند، می‌توان به سنسورهای دما و رطوبت، LCD، مبدل آنالوگ به دیجیتال، مبدل دیجیتال به آنالوگ و ... اشاره کرد. در این فرادرس چه چیزی یاد می‌گیریم؟ در این آموزش، در گام اول، پارامترهای کلی پروتکل I2C به همراه مدار سخت‌افزاری پیاده‌سازی آن را معرفی می‌کنیم. در گام بعدی، از نظر منطقی و زمانی این پروتکل را بررسی خواهیم کرد. در ادامه، با رسم ASM چارت پروتکل I2C شروع به پیاده‌سازی کدنویس VHDL می‌کنیم. در این آموزش، از برد FPGA شرکت Xilinx سری SPARTAN6 به همراه سنسور دما و رطوبت AHT10 برای تست عملی استفاده خواهیم کرد.

فرادرس

فیروز همتی