FPGA读取AHT20温湿度模块思路及实现，包含遇到的问题（IIC协议）
一.阅读官方手册
手册在下方网址下载，该模块在各个网店平台均有销售
百度网盘 请输入提取码
手册重点关注IIC地址（读地址0x71，写地址0x70）、IIC命令和读写数据逻辑，手册写的比较简单（感觉很多细节没到位），可以自己去看看
二.设计模块思路，分层次设计
1.上层，模块控制（aht20_control.v）
我在一开始的时候模块分为3个功能，IDLE(复位和刚上电时状态)、初始化、读取数据（实际上后面发现这样划分存在一些问题）
我一开始根据手册是这样划分功能的
IDLE：上电和复位时各个引脚和寄存器应该配的值
延时40ms：手册上提到该模块上电后要等待20ms才会进入空闲态，我们这里等待40ms更加稳定
初始化：发送初始化命令，查看使能校准位是否为1，为1后我们再进入读取状态
读取：此时发送读取数据指令和读数据，在这里循环
在实际实现中我发现了几个问题
1.首先是使能校验位的问题，在没有正确初始化的时候使能校验位仍然显示正常，即Bit[3]==1;
发现这个问题的原因在下表中的记录的状态寄存器值
0001_1000：刚上电时读取值，可以看到此时Bit[3]==1，虽然说明已校准，但我在发送读取指令的时候是发送不过去的，读取到的数据全为0
1101_0111：发送初始化命令后马上读状态寄存器 Bit[3]==0 推测是初始化进行中，需等待
0001_1000：发送初始化命令后隔一会读状态寄存器，Bit[3]==1，说明已校准
通过上面的记录我们可以发现，查看状态寄存器如果显示校准，但不一定能读取指令
那我们如何判断初始化是否正常呢？
我发现初始化失败的通信，往往主机在发送iic时，在发送数据结束时，收到的ack为1，即iic发送消息从机未应答（未拉低sda），我们可以通过判断在iic的一次发送中ack是否恒为低电平，如果ack采集到高电平，那么证明发送失败，那我们需要重新发送初始化命令
2.每次发送完采集数据指令后需重新初始化
在初始化后，我发现我指令只能发送一次完整的采集指令，重复发送采集指令ack会被置1，即iic通信失败；经过尝试，我选择了重复初始化+采集的步骤（PS：后面做实验的时候又可以重复发送采集指令了，怀疑是当时时间没配好）
最后实现的时序框图如下：
2.底层，IIC通信的实现（iic.v 、cmd.v）
设计思路：对于IIC通信，我们外部需要配置和得到的有指令和地址，读取的数据个数，写数据个数
可以将其写成这两种情况：
1.写：发送写地址，传入写数据
2.读：发送写地址，发送要读的寄存器地址，发送读地址，读数据
我们分两层模块实现：cmd模块查看IIC进行到哪一步，然后切换指令和读数据；iic模块将指令转化为SDA的高低电平，或者读取SDA高低电平存放在一个字节中，改变SCL，判断从机是否响应
下图实现了一个简单的iic控制逻辑，start置1后启动一次iic（start使用完后记得置0），iic发送的内容是根据此时select选择的功能实现，例如我设置select=0时，初始化AHT20；select=1时，查看状态寄存器；select=2时，发送指令采集温湿度；select=3时，获取温湿度数据；
实际上层不止start、select两个信号，图中省略了，例如cmd模块需要在读取完成时传回读取到的数据，也可以添加iic是否通信失败的信号，通信失败传一个error信号，上层就可以根据error信号来进行重传操作等
3.串口通信，将数据发送至电脑端
分为了串口发送模块和串口控制模块，串口发送模块的代码在网上很多，自己实现也比较简单；串口控制是数据按照我指定的格式发送，例如\"WET:63.5%TEM:34.0/n\"，实现起来也比较简单，可以查看我的代码部分学习
三.Verilog代码设计
1.模块控制（aht20_control.v）
功能：代码采用了三段式状态机，同时在状态机里面加了一些时序的处理，iic启动的逻辑，串口发送启动的逻辑，同时对接收到的原始数据进行了处理，得到处理后的温湿度数据
//负责控制时序module aht20_control ( input sys_clk , input rst_n , input [7:0] read_data, input iic_done , input done_recv, input ack, output reg iic_start, output reg [1:0] select , output reg [15:0] temper , output reg [15:0] wet , output reg start_send , output [3:0] led); parameter CNT_TIMER=49_999_999;//1s测一次温湿度 parameter CNT_40MS = 1_999_999;//40ms parameter CNT_10MS = 499_999;//10MS reg [27:0] cnt_time;//1s计时器 reg [24:0] cnt_40ms;//40ms计时器 reg [22:0] cnt_10ms;//40ms计时器 reg ack_reg; reg ack_reg1; reg [4:0] cnt_recv;//查看接收到第几位 reg [19:0] temper_reg;//温度值 reg [19:0] wet_reg;//湿度值 reg done_recv_reg; always @(posedge sys_clk) begin done_recv_reg<=done_recv; end reg [3:0] cur_state,next_state; assign led=cur_state[3:0]; parameter IDLE = 4\'b0000, WAIT_40MS = 4\'b0001,//等待40ms INIT = 4\'b0011,//初始化 WAIT_10MS = 4\'b0010,//初始化后等待10MS，同时查看INIT命令ACK是否常为0 CAPTURE = 4\'b0110,//发送采集命令 WAIT_500MS = 4\'b0111,//等待500ms GET_DATA = 4\'b0101,//得到数据 WAIT_1S = 4\'b0100;//等到1s重复上面步骤 always @(posedge sys_clk) begin if(!rst_n) cur_state<=IDLE; else cur_stateCNT_TIMER/2) next_state=GET_DATA; else next_state=WAIT_500MS; GET_DATA : if(iic_done) next_state=WAIT_1S; else next_state=GET_DATA; WAIT_1S : if(cnt_time>=CNT_TIMER) next_state=WAIT_40MS; else next_state=WAIT_1S; default: next_state=IDLE; endcase end always @(posedge sys_clk) begin if(!rst_n)begin iic_start <=0 ;//启动iic select <=0 ;//选择调用的命令 temper <=0 ;//输出的温度 wet <=0 ;//输出的湿度 start_send <=0 ;//输出传输标志，用于触发串口传输 temper_reg <=0 ;//温度值 wet_reg <=0 ;//湿度值 cnt_time <=0 ;//1s计时器 cnt_40ms <=0 ;//40ms计时器 cnt_10ms <=0 ;//10ms计时器 ack_reg <=0 ; ack_reg1 <=0 ; cnt_recv <=0 ; end else begin if(cur_state==IDLE)begin iic_start <=0 ;//启动iic select <=0 ;//选择调用的命令 temper <=0 ;//输出的温度 wet <=0 ;//输出的湿度 start_send <=0 ;//输出传输标志，用于触发串口传输 temper_reg <=0 ;//温度值 wet_reg <=0 ;//湿度值 cnt_time <=0 ;//1s计时器 cnt_40ms <=0 ;//40ms计时器 cnt_10ms <=0 ;//10ms计时器 ack_reg <=0 ; ack_reg1 <=0 ; cnt_recv <=0 ; end else if(cur_state==WAIT_40MS)begin iic_start <=0 ;//启动iic select <=0 ;//选择调用的命令 temper<=temper;//输出的温度 wet<=wet;//输出的湿度 start_send <=0 ;//输出传输标志，用于触发串口传输 temper_reg <=temper_reg ;//温度值 wet_reg CNT_TIMER) cnt_time<=0; else cnt_time<=cnt_time+1;//1s计时器 if(cnt_40ms<CNT_40MS) cnt_40ms<=cnt_40ms+1; //40ms计时器 else if(cnt_40ms==CNT_40MS) cnt_40ms<=cnt_40ms; else cnt_40ms<=0; cnt_10ms <=0 ;//10ms计时器 ack_reg <=0 ; ack_reg1 <=0 ; cnt_recv <=0 ; end else if(cur_state==INIT)begin iic_start<=1;//启动iic select <=0 ;//选择调用的命令 temper<=temper;//输出的温度 wet<=wet;//输出的湿度 start_send <=0 ;//输出传输标志，用于触发串口传输 temper_reg <=temper_reg ;//温度值 wet_reg CNT_TIMER) cnt_time<=0; else cnt_time<=cnt_time+1;//1s计时器 cnt_40ms <=0 ;//40ms计时器 cnt_10ms <=0 ;//10ms计时器 if(ack==1) ack_reg<=1; else ack_reg<=ack_reg; ack_reg1<=ack_reg; cnt_recv <=0 ; end else if(cur_state==WAIT_10MS)begin iic_start <=0 ;//启动iic select <=0 ;//选择调用的命令 temper <=temper ;//输出的温度 wet <=wet ;//输出的湿度 start_send <=0 ;//输出传输标志，用于触发串口传输 temper_reg <=temper_reg ;//温度值 wet_reg CNT_TIMER) cnt_time<=0; else cnt_time<=cnt_time+1;//1s计时器 cnt_40ms <=0 ;//40ms计时器 if(cnt_10ms<CNT_10MS) cnt_10ms<=cnt_10ms+1; else if(cnt_10ms==CNT_10MS) cnt_10ms<=cnt_10ms; else cnt_10ms<=0; ack_reg<=0 ; ack_reg1<=ack_reg1 ;//reg1记录了上一状态的ack值，如果ack至少有1个时钟为1，那么重发命令 cnt_recv <=0 ; end else if(cur_state==CAPTURE)begin iic_start <=1 ;//启动iic select <=2 ;//选择调用的命令 temper<=temper;//输出的温度 wet<=wet;//输出的湿度 start_send <=0 ;//输出传输标志，用于触发串口传输 temper_reg <=temper_reg ;//温度值 wet_reg CNT_TIMER) cnt_time<=0; else cnt_time<=cnt_time+1;//1s计时器 cnt_40ms <=0 ;//40ms计时器 cnt_10ms <=0 ;//10ms计时器 ack_reg <=0 ; ack_reg1 <=0 ; cnt_recv <=0 ; end else if(cur_state==WAIT_500MS)begin iic_start <=0 ;//启动iic select <=0 ;//选择调用的命令 temper<=temper;//输出的温度 wet<=wet;//输出的湿度 start_send <=0 ;//输出传输标志，用于触发串口传输 temper_reg <=temper_reg ;//温度值 wet_reg <=wet_reg ;//湿度值 cnt_time<=cnt_time+1;//1s计时器 cnt_40ms <=0 ;//40ms计时器 cnt_10ms <=0 ;//10ms计时器 ack_reg <=0 ; ack_reg1 <=0 ; cnt_recv <=0 ; end else if(cur_state==GET_DATA)begin iic_start <=1 ;//启动iic select <=3 ;//选择调用的命令 temper<=temper;//输出的温度 wet<=wet;//输出的湿度 start_send <=0 ;//输出传输标志，用于触发串口传输 if(done_recv)begin if(cnt_recv==1) wet_reg[19:12]<=read_data; else if(cnt_recv==2) wet_reg[11:4]<=read_data; else if(cnt_recv==3)begin wet_reg[3:0]<=read_data[7:4]; temper_reg[19:16]<=read_data[3:0]; end else if(cnt_recv==4) temper_reg[15:8]<=read_data; else if(cnt_recv==5) temper_reg[7:0]<=read_data; end cnt_time<=cnt_time+1;//1s计时器 cnt_40ms <=0 ;//40ms计时器 cnt_10ms <=0 ;//10ms计时器 ack_reg <=0 ; ack_reg1 <=0 ; if(done_recv_reg) cnt_recv<=cnt_recv+1; end else if(cur_state==WAIT_1S)begin iic_start <=0 ;//启动iic select <=0 ;//选择调用的命令 temper<=temper_tem[15:0];//输出的温度 wet<=wet_tem[15:0];//输出的湿度 if(cnt_time==CNT_TIMER-3) start_send <=1 ;//输出传输标志，用于触发串口传输 else start_send <=0 ; temper_reg <=temper_reg ;//温度值 wet_reg <=wet_reg ;//湿度值 cnt_time<=cnt_time+1;//1s计时器 cnt_40ms <=0 ;//40ms计时器 cnt_10ms <=0 ;//10ms计时器 ack_reg <=0 ; ack_reg1 <=0 ; end end end wire [26:0] temper_tem; assign temper_tem=temper_reg*2000/1024/1024-500; wire [26:0] wet_tem; assign wet_tem=wet_reg*1000/1024/1024;);endmodule2.IIC模块（iic.v）
功能：实现了iic模块的通信，通过启动信号能够启动iic传、收数据，这里需要注意的是，sda和scl需配置为inout类型，同时添加en信号使其为输出的值和切换高阻态1\'bz（接收值）
//iic协议module iic( input sysclk , input rst_n , input start ,//开始信号 input worr ,//读写使能--表示读写方向的 worr==0--->只有写 worr==1--->只有读 worr先是0再是1--->读写都有（多字节处理） input [7:0] sendnum ,//写的数据个数 -->控制循环-->看到底写几个数据 input [7:0] recvnum ,//读的数据个数 -->控制循环-->看到底读几个数据 input [7:0] data_in ,//需要写的数据 output reg [7:0] data_out ,//读数据-->通过iic读出的数据 outputdone_recv ,//读数据结束信号 outputdone_send ,//写数据的结束信号 outputdone_iic ,//iic的工作结束信号 inout sda ,//iic的数据总线 inout scl ,//iic的时钟总线 outputack , output [3:0] led ); parameter clk = 50_000_000 ;//1s内部时钟周期数 parameter iicclk = 100_000 ;//iic工作时钟 -->100Khz parameter delay = clk/iicclk ;//iic的工作周期 parameter MID = delay/2 ;//iic周期的中点位置 parameter Q_MID = delay/4 ;//iic周期的 1/4 parameter TQ_MID = MID + Q_MID ;//iic周期的 3/4 //--------？ parameter IDW = 8\'h70 ;//从机设备写地址 parameter IDR = 8\'h71 ;//从机设备读地址 reg [7:0] cnt_send ;//写数据的计数器-->看写状态写了多少个数据 reg [7:0] cnt_recv ;//读数据的计数器-->看读状态读了多少个数据 reg [7:0] data_in_reg ;//写数据的寄存器-->为了防止数据出问题 reg worr_reg ;//读写方向寄存器 reg [1:0] start_reg ;//开始信号寄存器 reg ack_flag ;//应答寄存器 reg [8:0] cnt ;//iic的工作周期计数器 reg [3:0] cnt_bit ;//数据位计数器-->表示具体传输到了哪一个bit了 assign ack = ack_flag; //三态门 reg sda_en ;//工作使能 reg sda_out ; wire sda_in ; assign sda_in = sda; assign sda = sda_en?sda_out:1\'bz; reg scl_en ;//工作使能 reg scl_out ; wire scl_in ; assign scl_in = scl; assign scl = scl_en?scl_out:1\'bz; //开始信号说明--》用于检测沿和电平 always@(posedge sysclk) if(!rst_n) start_reg<=0; else start_reg<={start_reg[0],start};// 01 11 10 00 //状态声明 parameter IDLE = 4\'d0 ,//空闲态 START = 4\'d1 ,//开始状态 ID = 4\'d2 ,//0010 ACK1 = 4\'d3 , SENDDATA = 4\'d4 ,//0100 ACK2 = 4\'d5 ,//0101 STOP = 4\'d6 , RECVDATA = 4\'d7 , ACK3 = 4\'d8 , START1 = 4\'d9 , ID1 = 4\'d10 , ACK4 = 4\'d11 ; reg [3:0] cur_state,next_state; //三段式状态机第一段 always@(posedge sysclk) if(!rst_n) cur_state<=IDLE; else cur_state重新等待 else if(ack_flag==0 && worr_reg==1 &&cnt==delay-1)//应答有效 主机读 一个iic周期结束 next_state=RECVDATA; else if(ack_flag==0 && worr_reg==0 &&cnt==delay-1)//应答有效 主机写 一个iic周期结束 next_state=SENDDATA; else//除了以上条件 next_state=cur_state; end SENDDATA :begin if(cnt_bit==7 && cnt==delay-1)//写完一次数据 next_state=ACK2; else next_state=cur_state; end ACK2 :begin //if(ack_flag==1)//应答无效 // next_state=IDLE;//回到IDLE-->重新等待 /*else if(ack_flag==0 && cnt==delay-1 && sendnum==0 && recvnum==0)//应答有效 一个iic周期结束 写完 没有读 next_state=IDLE;*/ if(cnt==delay-1 && cnt_send==sendnum && recvnum==0)//应答有效 一个iic周期结束 写完 没有读 next_state=STOP; else if(cnt==delay-1 && cnt_send==sendnum && recvnum!=0)//应答有效 一个iic周期结束 写完 有读 next_state=START1; else if(cnt==delay-1 && cnt_send<sendnum)//应答有效 一个iic周期结束 没有写完 next_state=SENDDATA; else//除了以上条件 next_state=cur_state; end STOP :begin if(cnt==delay-1) next_state=IDLE; else next_state=cur_state; end RECVDATA :begin if(cnt_bit==7 && cnt==delay-1)//读完一次数据 next_state=ACK3; else next_state=cur_state; end ACK3 :begin if(cnt==delay-1 && cnt_recv==recvnum)//iic一个工作周期 读完 next_state=STOP; else if(cnt==delay-1 && cnt_recv<recvnum)//iic一个工作周期 没有读完 next_state=RECVDATA; else next_state=cur_state; end START1 :begin if(cnt==delay-1)//一个iic的工作周期就跳转 next_state=ID1; else next_state=cur_state; end ID1 :begin if(cnt_bit==7 && cnt==delay-1)//传完一个寻址地址（从机地址） next_state=ACK4; else next_state=cur_state; end ACK4 :begin if(ack_flag==1)//应答无效 next_state=IDLE; else if(ack_flag==0 && cnt==delay-1 )//iic一个工作周期 应答有效 next_state=RECVDATA; else next_state=cur_state; end default :next_state=IDLE; endcase //三段式状态机第三段 always@(posedge sysclk) if(!rst_n)begin cnt_send <=0;//写数据的计数器 cnt_recv <=0;//读数据的计数器 data_in_reg <=0;//写数据的寄存器 worr_reg <=0;//读写方向的寄存器 ack_flag <=0;//应答信号的寄存器 cnt <=0;//iic的工作周期计数器 cnt_bit <=0;//bit位计数器 data_out <=0;//读出去的数据 sda_en <=0;//数据使能 sda_out <=0;//数据输出 scl_en <=0;//时钟使能 scl_out <=0;//时钟输出 end else case(cur_state) IDLE :begin cnt_send <=0;//写数据的计数器 cnt_recv <=0;//读数据的计数器 data_in_reg <=data_in;//写数据的寄存器 寄存数据 worr_reg <=worr;//读写方向的寄存器 ack_flag <=0;//应答信号的寄存器 cnt <=0;//iic的工作周期计数器 cnt_bit <=0;//bit位计数器 data_out <=0;//读出去的数据 sda_en <=1;//数据使能 sda_out <=1;//数据输出 scl_en <=1;//时钟使能 scl_out <=1;//时钟输出 end START :begin cnt_send <=0;//写数据的计数器 cnt_recv <=0;//读数据的计数器 //data_in_reg <=data_in;//写数据的寄存器 寄存数据 ------保持 worr_reg <=worr;//读写方向的寄存器 -------保持 ack_flag <=0;//应答信号的寄存器 if(cnt==delay-1)//iic的工作周期计数器 cnt <=0; else cnt <=cnt+1; cnt_bit <=0;//bit位计数器 data_out <=0;//读出去的数据 sda_en <=1;//数据使能--》开关打开 if(cnt<=Q_MID)//前1/4个周期 sda_out <=1;//数据输出 else sda_out <=0; scl_en <=1;//时钟使能 if(cnt<TQ_MID)//1/4~3/4处置为高电平 scl_out <=1;//时钟输出 else scl_out <=0; end ID :begin cnt_send <=0;//写数据的计数器 cnt_recv <=0;//读数据的计数器 //data_in_reg <=data_in;//写数据的寄存器 寄存数据 ------保持 worr_reg <=worr;//读写方向的寄存器 -------保持 ack_flag <=0;//应答信号的寄存器 if(cnt==delay-1)//iic的工作周期计数器 cnt <=0; else cnt <=cnt+1; if(cnt==delay-1) cnt_bit <=cnt_bit+1;//bit位计数器 data_out <=0;//读出去的数据 sda_en <=1;//数据使能--》开关打开 if(worr_reg==0 && cnt==1)//如果是写方向 sda_out <=IDW[7-cnt_bit];//数据输出 else if(worr_reg==1 && cnt==1) //如果是读方向 sda_out <=IDR[7-cnt_bit]; else sda_out <=sda_out; scl_en Q_MID && cnt<TQ_MID)//1/4~3/4处置为高电平 scl_out <=1;//时钟输出 else scl_out <=0; end ACK1 :begin cnt_send <=0;//写数据的计数器 cnt_recv <=0;//读数据的计数器 //data_in_reg <=data_in;//写数据的寄存器 寄存数据 ------保持 worr_reg <=worr;//读写方向的寄存器 -------保持 if(cnt==MID) ack_flag <=sda_in;//应答信号的寄存器 if(cnt==delay-1)//iic的工作周期计数器 cnt <=0; else cnt <=cnt+1; cnt_bit <=0;//bit位计数器 data_out <=0;//读出去的数据 sda_en <=0; sda_out <=1; scl_en Q_MID && cnt<TQ_MID)//1/4~3/4处置为高电平 scl_out <=1;//时钟输出 else scl_out <=0; end SENDDATA :begin //cnt_send 保持 cnt_recv <=0;//读数据的计数器 //data_in_reg <=data_in;//写数据的寄存器 寄存数据 ------保持 worr_reg <=worr;//读写方向的寄存器 -------保持 ack_flag <=0;//应答信号的寄存器 if(cnt==delay-1)//iic的工作周期计数器 cnt <=0; else cnt <=cnt+1; if(cnt==delay-1) cnt_bit <=cnt_bit+1;//bit位计数器 data_out <=0;//读出去的数据 sda_en <=1; if(cnt==1) sda_out <=data_in_reg[7-cnt_bit]; scl_en Q_MID && cnt<TQ_MID)//1/4~3/4处置为高电平 scl_out <=1;//时钟输出 else scl_out <=0; end ACK2 :begin if(cnt==MID) cnt_send <=cnt_send+1;//写数据的计数器 cnt_recv <=0;//读数据的计数器 data_in_reg <=data_in;//写数据的寄存器 寄存数据 ------保持 worr_reg <=worr;//读写方向的寄存器 ------保持 if(cnt==MID) ack_flag <=sda_in;//应答信号的寄存器 if(cnt==delay-1)//iic的工作周期计数器 cnt <=0; else cnt <=cnt+1; cnt_bit <=0;//bit位计数器 data_out <=0;//读出去的数据 sda_en <=0; sda_out <=1; scl_en Q_MID && cnt<TQ_MID)//1/4~3/4处置为高电平 scl_out <=1;//时钟输出 else scl_out <=0; end STOP :begin cnt_send <=0;//写数据的计数器 cnt_recv <=0;//读数据的计数器 data_in_reg <=0;//写数据的寄存器 寄存数据 ------保持 worr_reg <=0;//读写方向的寄存器 -------保持 ack_flag <=0;//应答信号的寄存器 if(cnt==delay-1)//iic的工作周期计数器 cnt <=0; else cnt <=cnt+1; cnt_bit <=0;//bit位计数器 data_out <=0;//读出去的数据 sda_en <=1; if(cnt<=TQ_MID)// 3/4 sda_out <=0; else sda_out <=1; scl_en <=1;//时钟使能 if(cnt<=Q_MID)//1/4 scl_out <=0;//时钟输出 else scl_out <=1; end RECVDATA :begin //cnt_send 保持 //cnt_recv <=cnt_recv;//读数据的计数器 //data_in_reg <=data_in;//写数据的寄存器 寄存数据 ------保持 worr_reg <=worr;//读写方向的寄存器 -------保持 ack_flag <=0;//应答信号的寄存器 if(cnt==delay-1)//iic的工作周期计数器 cnt <=0; else cnt <=cnt+1; if(cnt==delay-1) cnt_bit <=cnt_bit+1;//bit位计数器 if(cnt==MID) data_out[7-cnt_bit] <=sda_in;//读出去的数据 sda_en <=0; sda_out <=1; scl_en Q_MID && cnt<TQ_MID)//1/4~3/4处置为高电平 scl_out <=1;//时钟输出 else scl_out <=0; end ACK3 :begin //cnt_send <=cnt_send+1;//写数据的计数器 if(cnt==MID) cnt_recv <=cnt_recv+1;//读数据的计数器 //data_in_reg <=data_in;//写数据的寄存器 寄存数据 ------保持 worr_reg <=worr;//读写方向的寄存器 -------保持 ack_flag <=0;//应答信号的寄存器 if(cnt==delay-1)//iic的工作周期计数器 cnt <=0; else cnt <=cnt+1; cnt_bit <=0;//bit位计数器 data_out <=data_out;//读出去的数据 sda_en <=1; sda_out <=0; scl_en Q_MID && cnt<TQ_MID)//1/4~3/4处置为高电平 scl_out <=1;//时钟输出 else scl_out <=0; end START1 :begin cnt_send <=0;//写数据的计数器 cnt_recv <=0;//读数据的计数器 //data_in_reg <=data_in;//写数据的寄存器 寄存数据 ------保持 worr_reg <=worr;//读写方向的寄存器 -------保持 ack_flag <=0;//应答信号的寄存器 if(cnt==delay-1)//iic的工作周期计数器 cnt <=0; else cnt <=cnt+1; cnt_bit <=0;//bit位计数器 data_out <=0;//读出去的数据 sda_en <=1;//数据使能--》开关打开 if(cnt<=Q_MID)//前1/4个周期 sda_out <=1;//数据输出 else sda_out <=0; scl_en <=1;//时钟使能 if(cnt<TQ_MID)//1/4~3/4处置为高电平 scl_out <=1;//时钟输出 else scl_out <=0; end ID1 :begin cnt_send <=0;//写数据的计数器 cnt_recv <=0;//读数据的计数器 //data_in_reg <=data_in;//写数据的寄存器 寄存数据 ------保持 worr_reg <=worr;//读写方向的寄存器 -------保持 ack_flag <=0;//应答信号的寄存器 if(cnt==delay-1)//iic的工作周期计数器 cnt <=0; else cnt <=cnt+1; if(cnt==delay-1) cnt_bit <=cnt_bit+1;//bit位计数器 data_out <=0;//读出去的数据 sda_en <=1;//数据使能--》开关打开 if(cnt==1) //如果是读方向 sda_out <=IDR[7-cnt_bit]; else sda_out <=sda_out; scl_en Q_MID && cnt<TQ_MID)//1/4~3/4处置为高电平 scl_out <=1;//时钟输出 else scl_out <=0; end ACK4 :begin cnt_send <=0;//写数据的计数器 cnt_recv <=0;//读数据的计数器 //data_in_reg <=data_in;//写数据的寄存器 寄存数据 ------保持 worr_reg <=worr;//读写方向的寄存器 -------保持 if(cnt==MID) ack_flag <=sda_in;//应答信号的寄存器 if(cnt==delay-1)//iic的工作周期计数器 cnt <=0; else cnt <=cnt+1; cnt_bit <=0;//bit位计数器 data_out <=0;//读出去的数据 sda_en <=0; sda_out <=1; scl_en Q_MID && cnt<TQ_MID)//1/4~3/4处置为高电平 scl_out <=1;//时钟输出 else scl_out <=0; end default :begin cnt_send <=0;//写数据的计数器 cnt_recv <=0;//读数据的计数器 data_in_reg <=data_in;//写数据的寄存器 寄存数据 worr_reg <=worr;//读写方向的寄存器 ack_flag <=0;//应答信号的寄存器 cnt <=0;//iic的工作周期计数器 cnt_bit <=0;//bit位计数器 data_out <=0;//读出去的数据 sda_en <=0;//数据使能 sda_out <=1;//数据输出 scl_en <=0;//时钟使能 scl_out <=1;//时钟输出 end endcase assign done_recv = (cur_state==ACK3 && cnt==MID)?1:0; assign done_send = (cur_state==ACK2 && cnt==MID)?1:0; assign done_iic = (cur_state==STOP && cnt==delay-30)?1:0;endmodule3.指令控制模块（cmd.v）
功能：用于切换指令，以及确定每条指令需要收发多少条数据
//负责切换命令、控制发送接收数据数量module cmd( input sys_clk , input rst_n , input [7:0] data_iic ,//iic数据 input done_recv ,//iic接收完一个字节 input done_send ,//iic发送完一个字节 input done_iic ,//iic结束 input [1:0] select , output reg worr ,//读写位控制 output reg [7:0] sendnum ,//发送几个数据 output reg [7:0] recvnum ,//接收几个数据 output reg [7:0] data_cmd ,//数据命令 output reg cmd_flag , input [3:0] led ); parameter IDLE = 4\'b0000, INIT = 4\'b0001,//初始化AHT20 CAT = 4\'b0011,//查看状态寄存器 CAP = 4\'b0010,//采集命令 GET = 4\'b0110;//获取数据 reg [3:0] cur_state,next_state; reg [3:0] cnt_cmd; always @(posedge sys_clk) begin if(!rst_n) cur_state<=IDLE; else cur_state<=next_state; end always @(*) begin if(!rst_n) next_state=IDLE; else case (select) 0 : next_state=INIT; 1 : next_state=CAT; 2 : next_state=CAP; 3 : next_state=GET; default: next_state=IDLE; endcase end always @(posedge sys_clk) begin if(!rst_n)begin worr <=0;//worr==1读，==0写 sendnum <=0; recvnum <=0; data_cmd <=8\'hFF; cnt_cmd <=0; end else if(cur_state==INIT)begin//初始化：发送0xBE worr<=0; sendnum <=3; recvnum <=0; if(done_send==1) cnt_cmd <= cnt_cmd+1; else if(done_iic) cnt_cmd <= 0; else cnt_cmd <= cnt_cmd; if(cnt_cmd==0) data_cmd<=8\'hBE; else if(cnt_cmd==1) data_cmd<=8\'h08; else if(cnt_cmd==2) data_cmd<=8\'h00; end else if(cur_state==CAT)begin//查看状态寄存器：读地址第一位 worr<=1; sendnum <=0; recvnum <=1; data_cmd<=8\'h71; cnt_cmd <=0; end else if(cur_state==CAP)begin//发送采集命令：发送0xAC 0x33 0x00 worr<=0; sendnum <=3; recvnum <=0; if(done_send==1) cnt_cmd <= cnt_cmd+1; else if(done_iic) cnt_cmd <= 0; else cnt_cmd <= cnt_cmd; if(cnt_cmd==0) data_cmd<=8\'hAC; else if(cnt_cmd==1) data_cmd<=8\'h33; else if(cnt_cmd==2) data_cmd<=8\'h00; end else if(cur_state==GET)begin//查看6个字节的数据 状态寄存器 湿度 湿度 湿度温度各一半 温度 温度 worr<=1; sendnum <=0; recvnum <=6; data_cmd<=8\'hFF; cnt_cmd <=0; end endendmodule4.串口模块（uart_tx.v、uart_tx_control.v）
功能：实现串口发送指定格式的数据
module uart_tx ( input clk, input [7:0]data, input en_flag, input rst_n, output reg tx, output reg tx_done,output reg en); reg [4:0] cntw;//0-9帧，0起始位，1-8数据位，9停止位 reg [22:0] cnt; //数据时钟同步 reg [7:0]data_reg; always @(posedge clk) begin if(!rst_n) data_reg<=0; else if(en_flag==1&&en==0) data_reg<=data; else data_reg<=data_reg; end //使能信号开启 always @(posedge clk) begin if(!rst_n) en<=0; else begin if(en_flag==1) en<=1; else if(cntw==9&&cnt==5207)//5207 en<=0; else en<=en; end end //数据位和每帧时间计数 always@(posedge clk)begin if(!rst_n) cntw<=0; else begin if(en==1&&cnt==5207) cntw<=cntw+1; else if(en==0) cntw<=0; else cntw<=cntw; end end always@(posedge clk)begin if(!rst_n) cnt<=0; else begin if(en==1)begin if(cnt==5207) cnt<=0; else cnt<=cnt+1; end else cnt<=0; end end //给tx输出赋值 always @(posedge clk) begin if(!rst_n) tx<=1; else begin if(en==1)begin if(cntw==0) tx<=0; else if(cntw==9) tx<=1; else tx<=data_reg[cntw-1]; end else tx<=1; end end //给txdone赋值 always @(posedge clk) begin if(!rst_n) tx_done<=0; else begin if(cntw==9&&cnt==5207)tx_done<=1; else tx_done<=0; end endendmodulemodule uart_tx_control ( input sys_clk, input rst_n, input [15:0]wet, input [15:0]temper, input start_send,//发送一次串口数据 input tx_done, input tx_en, output reg start_flag, output reg [7:0] data); reg [7:0] cnt; always @(posedge sys_clk) begin if(!rst_n) cnt<=0; else if(tx_done) cnt<=cnt+1; else if(start_send) cnt<=0; else cnt<=cnt; end always @(posedge sys_clk) begin if(!rst_n) start_flag<=0; else begin if (start_send) start_flag<=1; else if(tx_done&&cnt<17) start_flag<=1; else start_flag<=0; end end always @(*) begin if(!rst_n) data=0; else case (cnt) 0 :data=8\'h57;//W 1 :data=8\'h45;//E 2 :data=8\'h54;//T 3 :data=8\'h3A;//: 4 :data=wet/100%10+48; 5 :data=wet/10%10+48; 6 :data=8\'h2E;//. 7 :data=wet%10+48;// 8 :data=8\'h25;//% 9 :data=8\'h54;//T 10 :data=8\'h45;//E 11 :data=8\'h4D;//M 12 :data=8\'h3A;//: 13 :data=temper/100%10+48; 14 :data=temper/10%10+48; 15 :data=8\'h2E;//. 16 :data=temper%10+48; 17 :data=8\'h0A;//换行\\n default: data=0; endcase endendmodule5.顶层模块（top.v）
功能：实现各模块的连接与例化
module top( input sys_clk, input rst_n, inout sda, inout scl, output uart_txd, output [3:0] led ); wire [7:0] read_data,sendnum,recvnum,data_cmd; wire [15:0] temper,wet; wire [1:0] select; aht20_control aht20_control( .sys_clk (sys_clk), .rst_n (rst_n), .read_data (read_data), .iic_done (done_iic), .done_recv (done_recv), .ack (ack), .iic_start (start_iic), .select (select), .temper (temper), .wet (wet), .start_send (start_send), .led (led) ); cmd cmd( .sys_clk (sys_clk), .rst_n (rst_n), .data_iic (read_data),//iic数据 .done_recv (done_recv),//iic接收完一个字节 .done_send (done_send),//iic发送完一个字节 .done_iic (done_iic) ,//iic结束 .select (select) , .worr (worr) ,//读写位控制 .sendnum (sendnum) ,//发送几个数据 .recvnum (recvnum) ,//接收几个数据 .data_cmd (data_cmd) ,//数据命令 .cmd_flag () , .led () ); iic iic( .sysclk (sys_clk), .rst_n (rst_n), .start (start_iic),//开始信号 .worr (worr), //读写使能--表示读写方向的 worr==0--->只有写 worr==1--->只有读 worr先是0再是1--->读写都有（多字节处理） .sendnum (sendnum), //写的数据个数 -->控制循环-->看到底写几个数据 .recvnum (recvnum), //读的数据个数 -->控制循环-->看到底读几个数据 .data_in (data_cmd), //需要写的数据 .data_out (read_data),//读数据-->通过iic读出的数据 .done_recv (done_recv),//读数据结束信号 .done_send (done_send),//写数据的结束信号 .done_iic (done_iic), //iic的工作结束信号 .sda (sda), //iic的数据总线 .scl (scl), //iic的时钟总线 .ack (ack), .led ());wire [7:0]uart_tx_data;uart_tx uart_tx( .clk (sys_clk), .rst_n (rst_n), .en_flag (uart_tx_en), .data (uart_tx_data), .tx (uart_txd), .tx_done (tx_done), .en () );uart_tx_control uart_tx_control( .sys_clk (sys_clk), .rst_n (rst_n), .wet (wet), .temper(temper), .start_send(start_send),//发送一次串口数据 .tx_done(tx_done), .tx_en(), .start_flag(uart_tx_en), .data(uart_tx_data));endmodule四.效果展示
可以看到，数据显示正常，1s发送一次；此外还要啰嗦两句，重庆夏天是真的热啊，室内30多°，可惜家里有人吹不了空调，我快热飞了
