-- I2C總線是一種非常常用的串行總線，它操作簡便，占用接口少。本程序介紹操作一個I2C總線接口的EEPROM AT24C02
-- 的方法，使用戶了解I2C總線協議和讀寫方法。
-- 實驗過程是：按動開發板鍵盤某個鍵CPLD將撥碼開關的數據寫入EEPROM的某個地址，按動另外一個鍵，將剛寫入的數據
-- 讀回CPLD，并在數碼管上顯示。
-- 為了更好的理解程序，用戶應該仔細閱讀光盤中的AT24C02的手冊
-- 
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY i2c IS
   PORT (
      clk                     : IN std_logic;   
      rst                     : IN std_logic;   
      data_in                 : IN std_logic_vector(3 DOWNTO 0);   
      scl                     : OUT std_logic;    --I2C時鐘線
      sda                     : INOUT std_logic;  --I2C數據線 
      wr_input                : IN std_logic;     --撥碼開關輸入想寫入EEPROM的數據
      rd_input                : IN std_logic;     --要求寫的輸入
      lowbit                  : OUT std_logic;    --要求讀的輸入
      en                      : OUT std_logic_vector(1 DOWNTO 0);   --輸出一個低電平給矩陣鍵盤的某一行
      seg_data                : OUT std_logic_vector(7 DOWNTO 0)); --  數碼管使能
END i2c;

ARCHITECTURE translated OF i2c IS


   SIGNAL seg_data_buf             :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0);   
   SIGNAL cnt_scan                 :  std_logic_vector(11 DOWNTO 0);   
   SIGNAL sda_buf                  :  std_logic;   --sda輸入輸出數據緩存
   SIGNAL link                     :  std_logic;   -- sda輸出標志
   --一個scl時鐘周期的四個相位階段，將一個scl周期分為4段
   --phase0對應scl的上升沿時刻，phase2對應scl的下降沿時刻，phase1對應從scl高電平的中間時刻，phase2對應從scl低電平的中間時刻，
   SIGNAL phase0                   :  std_logic;   
   SIGNAL phase1                   :  std_logic;   
   SIGNAL phase2                   :  std_logic;   
   SIGNAL phase3                   :  std_logic;   
   --phase0對應scl的上升沿時刻，phase2對應scl的下降沿時刻，phase1對應從scl高電平的中間時刻，phase2對應從scl低電平的中間時刻，
   SIGNAL clk_div                  :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0);  --分頻計數器 
   SIGNAL main_state               :  std_logic_vector(1 DOWNTO 0);   
   SIGNAL i2c_state                :  std_logic_vector(2 DOWNTO 0);--對i2c操作的狀態   
   SIGNAL inner_state              :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0);--i2c每一操作階段內部狀態   
   SIGNAL cnt_delay                :  std_logic_vector(19 DOWNTO 0); --按鍵延時計數器  
   SIGNAL start_delaycnt           :  std_logic;   --按鍵延時開始
   SIGNAL writeData_reg            :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0);--要寫的數據的寄存器   
   SIGNAL readData_reg             :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0);--讀回數據的寄存器   
   SIGNAL addr                     :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0);--被操作的EEPROM字節的地址   
   CONSTANT  div_parameter         :  std_logic_vector(7 DOWNTO 0) := "01100100";--分頻系數，AT24C02最大支持400K時鐘速率    
   CONSTANT  start                 :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0) := "0000";     --開始
   CONSTANT  first                 :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0) := "0001";     --第1位
   CONSTANT  second                :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0) := "0010";     --第2位
   CONSTANT  third                 :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0) := "0011";    --第3位
   CONSTANT  fourth                :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0) := "0100";     --第4位
   CONSTANT  fifth                 :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0) := "0101";    --第5位
   CONSTANT  sixth                 :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0) := "0110";     --第6位
   CONSTANT  seventh               :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0) := "0111";     --第7位
   CONSTANT  eighth                :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0) := "1000";    --第8位
   CONSTANT  ack                   :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0) := "1001";    --確認位
   CONSTANT  stop                  :  std_logic_vector(3 DOWNTO 0) := "1010";    --結束位
   CONSTANT  ini                   :  std_logic_vector(2 DOWNTO 0) := "000";    --初始化EEPROM狀態
   CONSTANT  sendaddr              :  std_logic_vector(2 DOWNTO 0) := "001";    --發送地址狀態
   CONSTANT  write_data            :  std_logic_vector(2 DOWNTO 0) := "010";    --寫數據狀態