如何使用Modelsim仿真I2C控制器

ModelSim是Model Technology（Mentor Graphics旗下子公司）推出的HDL硬件描述语言仿真软件。该软件可用于仿真设计的VHDL、Verilog HDL或两种语言的混合程序。这里的仿真是对设计进行功能仿真（也称预仿真），其目的是验证电路功能是否满足设计要求。

本文主要对I2C_Controller模块进行功能仿真。 test_bench的核心是模拟FPGA给出数据24'h729803，同时模拟I2C外设接收数据并给出响应反馈。

1、首先使用Quartus打开HDMI_block_move工程（HDMI_block_move工程下载链接：https://pan.baidu.com/s/1XxFFj-3UTfB_Er-yz0f_Cg提取代码： tera），然后在工程路径下新建一个Verilog test bench仿真文件。右键单击File——New，选择Verilog HDL File，然后单击确定：

2. 将以下代码复制到新创建的.v 文件中：

`时间刻度1ns/1ps 模块tb_I2C_Controller(); //输出信号定义regCLOCK; reg [23:0]I2C_DATA; regGO；重新设置； //双向信号定义（I2C_SDAT需要上拉电阻来模拟总线特性）wireI2C_SDAT; reg sdat_drive; //用于模拟从机响应的驱动信号//输入信号定义wireI2C_SCLK;线端；线路确认； //上拉电阻模拟（I2C总线默认高电平） allocateI2C_SDAT=sdat_drive?1'bz :1'b0; //实例化被测模块I2C_Controlleruut (.CLOCK(CLOCK),I2C_DATA(I2C_DATA),GO(GO),RESET(RESET),I2C_SDAT(I2C_SDAT),I2C_SCLK(I2C_SCLK),END(END),ACK(ACK));reg [7:0] cnt_I2Clk； //时钟生成（100MHz，周期10ns）初始beginCLOCK=0; forever #5CLOCK=~CLOCK;end//主仿真流程初始begin//初始化信号I2C_DATA=24'h729803; //写入的目标数据GO=0;RESET=0; sdat_驱动器=1； //初始释放总线（上拉高电平） //复位过程#20RESET=1; //20ns后释放复位//等待模块进入空闲状态#50; //启动I2C写入过程GO=1; #10GO=0; //提供一个时钟周期的GO脉冲cnt_I2Cclk=0; //模拟从机响应（在每个字节传输的第9 个时钟周期将SDA 拉低） //监视时钟线，并在需要响应时将SDA 拉低直到永远@(negedgeI2C_SCLK) begin cnt_I2Cclk=cnt_I2Cclk+1; if(cnt_I2Cclk==29) 开始$stop; end if(uut.CNT==8) begin //当第9位发送时，sdat_drive=0; //产生响应信号（低电平） end elsebegin sdat_drive=1; //其他时间释放总线end end endendmodule

3. 单击保存按钮将文件另存为tb_I2C_Controller.v。

4、安装Quartus软件时，记得安装Modelsim工具（这些安装步骤将在后面的文章中发布）。接下来需要设置Modelsim的安装路径，以便仿真时能够自动调用指定的仿真工具。首先，在“工具”菜单下找到“选项”：

5、在弹出的对话框中选择EDA Tool Options，点击.指定软件路径：D:intelFPGA_lite17.1modelsim_asewin32aloem：

6.接下来设置模拟文件路径。单击Assignments——Settings：

7. 单击Simulation，选择ModelSim-Altera作为仿真工具，然后单击Compile test bench圆圈，然后单击Test Benches.

8. 单击新建.

9.然后将Test bench name填写为tb_I2C_Controller，然后点击File name处对应的.按钮：

10. 选择tb_I2C_Controller.v 文件并单击打开：

11、然后点击Add将仿真文件添加到Test Bench中，依次点击OK、OK、Apply、OK退出窗口：

12、仿真前，点击Start AnalysisSynthesis按钮进行分析综合：

13、然后点击Tools——运行仿真工具_RTL仿真进行仿真：

14. 单击“Zoom Full”按钮以显示所有波形。

15. 最终波形生成如下：

从波形中可以看出，用于触发I2C写操作的GO信号被拉高一个时钟周期后，I2C开始写入数据。现在要写入的数据是24'h729803，二进制值为0111_0010_1001_1000_0000_0011。如果放大波形并截取三个部分的屏幕截图，您将看到以下内容：

数据传输的状态周期为ST=2ST=3ST=4ST=5ST=2。此周期发送1 位数据，总共9 个周期（8 位数据+ ACK）。第9 位(1'b1) 确保主机在第9 个时钟周期释放SDA 总线。