基于fpga的ds1337讀寫(xiě)控制

01分析

前文對(duì)ds1337的功能做了詳細(xì)講解，FPGA控制不需要使用中斷功能，并且默認(rèn)晶體振蕩器處于工作狀態(tài)。所以在ds1337處于工作狀態(tài)后，先對(duì)日歷相關(guān)寄存器進(jìn)行初始化，然后每隔一段時(shí)間讀取日歷寄存器的數(shù)據(jù)，通過(guò)ILA抓取初始化和讀出的數(shù)據(jù)，查看ds1337芯片是否正常工作，最后把分秒的時(shí)間通過(guò)兩個(gè)數(shù)碼管顯示。

ds1337芯片的原理圖如下所示，通過(guò)I2C總線進(jìn)行通信。

圖1 ds1337原理圖

4位數(shù)碼管采用兩片74hc595芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，該芯片的驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的原理可以在前面的一篇文章中查看。

圖2 數(shù)碼管原理圖

頂層模塊的框圖如下所示，包含一個(gè)ds1337的讀寫(xiě)控制模塊ds1337_drive，I2C接口驅(qū)動(dòng)模塊iic_drive，另外兩個(gè)模塊用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示分和秒的數(shù)據(jù)。

此處I2C采用連續(xù)地址讀寫(xiě)方式，由于只需要對(duì)日歷寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)，所以只需要讀寫(xiě)前七個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)即可。上電后對(duì)連續(xù)的7個(gè)地址數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，然后每隔500ms讀取一次前面七個(gè)寄存器的數(shù)據(jù)。

由于前面設(shè)計(jì)I2C驅(qū)動(dòng)模塊時(shí)，對(duì)于多字節(jié)數(shù)據(jù)，會(huì)先發(fā)高位，所以秒寄存器的數(shù)據(jù)會(huì)在高字節(jié)，年寄存器的數(shù)據(jù)會(huì)在最低的字節(jié)中。后面數(shù)碼管顯示秒和分的數(shù)據(jù)，也是對(duì)讀取的高兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。

圖3 頂層框圖

其實(shí)上述框圖中I2C的驅(qū)動(dòng)模塊，數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)模塊在前文都已經(jīng)提供且詳細(xì)講解了，本文只是調(diào)用這些通用模塊，根據(jù)原理圖稍作修改即可。這些模塊的代碼本文就不講解了，需要了解的可查看前文，需要代碼的可以在工程中進(jìn)行查看。

ds1337讀寫(xiě)控制模塊也很簡(jiǎn)單，只需要上電后先對(duì)ds1337進(jìn)行初始化，初始化具體數(shù)值采用參數(shù)化設(shè)置。然后在I2C驅(qū)動(dòng)模塊空閑500ms后讀取日歷寄存器的數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)代碼如下所示：

02上板調(diào)試

由于此處并沒(méi)有ds1337芯片的仿真模型，可以使用eeprom的I2C仿真模型替代。由于是多字節(jié)讀寫(xiě)，前文eeprom的仿真模型對(duì)多字節(jié)數(shù)據(jù)的仿真也不支持，所以本文就不對(duì)工程進(jìn)行仿真，直接使用ILA在線調(diào)試工具抓取I2C讀寫(xiě)時(shí)序，來(lái)判斷ds1337是否讀寫(xiě)成功。

說(shuō)到這里，其實(shí)對(duì)于ILA使用不熟練的同學(xué)，可以觀察一下我對(duì)ILA的例化，頂層的ILA就可以抓取所有底層模塊中的信號(hào)，并且不需要把底層模塊信號(hào)從端口引出，就是利用”.”這個(gè)符號(hào)實(shí)現(xiàn)的。

由于ds1337的寄存器中的數(shù)據(jù)采用BCD碼進(jìn)行編碼，則ILA抓取的數(shù)據(jù)使用十六進(jìn)制進(jìn)行顯示，可以直接認(rèn)為是對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)據(jù)。

頂層初始化設(shè)置的ds1337初始時(shí)間為2年3月15日星期天11時(shí)37分42秒，使用ILA抓取初始化波形如下所示：

圖4 抓取初始化時(shí)序

將初始化的開(kāi)始信號(hào)放大，結(jié)果如下圖所示，需要初始化的數(shù)據(jù)為56’h42371100150302，表示2年3月15日星期天11時(shí)37分42秒，由于先寫(xiě)高位數(shù)據(jù)，所以秒在高字節(jié)，年在低字節(jié)數(shù)據(jù)。

圖5 放大初始化數(shù)據(jù)

I2C初始化寫(xiě)時(shí)序如下圖所示，黃色信號(hào)表示I2C雙向數(shù)據(jù)信號(hào)，紅色信號(hào)表示I2C的時(shí)鐘信號(hào)，而天藍(lán)色表示該模塊的I2C數(shù)據(jù)輸出，紫紅色信號(hào)表示I2C的數(shù)據(jù)輸出使能信號(hào)，低電平表示從機(jī)應(yīng)答，高電平表示主機(jī)輸出信號(hào)。

首先輸出起始位之后，輸出器件地址，然后再輸出寄存器地址0，之后就寫(xiě)入7字節(jié)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)寫(xiě)完之后發(fā)送停止位，初始化寫(xiě)入完成。

圖6 I2C寫(xiě)時(shí)序放大

ds1337初始化之后，就會(huì)按每秒計(jì)時(shí)運(yùn)行，然后抓取讀ds1337芯片日歷寄存器的波形，結(jié)果如下所示。粉色信號(hào)就是抓取的I2C讀取信號(hào)rdata，抓取的數(shù)據(jù)為56’h57371100150302，表示2年3月15日星期天11時(shí)37分57秒，由于經(jīng)過(guò)了一段時(shí)間，所以讀取的數(shù)據(jù)相對(duì)初始值已經(jīng)過(guò)了幾秒了。

圖7 I2C讀時(shí)序

就不對(duì)時(shí)序進(jìn)行分析了，前文讀寫(xiě)eeprom的時(shí)候已經(jīng)對(duì)I2C時(shí)序進(jìn)行了詳細(xì)分析，在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，抓取讀取時(shí)序如下所示，讀取的數(shù)據(jù)為56’h113811001503 02，表示2年3月15日星期天11時(shí)38分11秒。

圖8 I2C讀時(shí)序

最后數(shù)碼管的顯示如下所示，初始化的時(shí)為37分42秒，之后就一直運(yùn)行。

本文工程就是對(duì)ds1337的功能做了驗(yàn)證，也是對(duì)I2C模塊的連續(xù)讀寫(xiě)能力再次進(jìn)行測(cè)試，功能均正常。