基于fpga的ds1337读写控制

01分析

前文对ds1337的功能做了详细讲解，FPGA控制不需要使用中断功能，并且默认晶体振荡器处于工作状态。所以在ds1337处于工作状态后，先对日历相关寄存器进行初始化，然后每隔一段时间读取日历寄存器的数据，通过ILA抓取初始化和读出的数据，查看ds1337芯片是否正常工作，最后把分秒的时间通过两个数码管显示。

ds1337芯片的原理图如下所示，通过I2C总线进行通信。

图1 ds1337原理图

4位数码管采用两片74hc595芯片进行驱动，该芯片的驱动数码管的原理可以在前面的一篇文章中查看。

图2 数码管原理图

顶层模块的框图如下所示，包含一个ds1337的读写控制模块ds1337_drive，I2C接口驱动模块iic_drive，另外两个模块用于驱动数码管显示分和秒的数据。

此处I2C采用连续地址读写方式，由于只需要对日历寄存器进行读写，所以只需要读写前七个寄存器的数据即可。上电后对连续的7个地址数据进行初始化，然后每隔500ms读取一次前面七个寄存器的数据。

由于前面设计I2C驱动模块时，对于多字节数据，会先发高位，所以秒寄存器的数据会在高字节，年寄存器的数据会在最低的字节中。后面数码管显示秒和分的数据，也是对读取的高两个字节的数据进行显示。

图3 顶层框图

其实上述框图中I2C的驱动模块，数码管的驱动模块在前文都已经提供且详细讲解了，本文只是调用这些通用模块，根据原理图稍作修改即可。这些模块的代码本文就不讲解了，需要了解的可查看前文，需要代码的可以在工程中进行查看。

ds1337读写控制模块也很简单，只需要上电后先对ds1337进行初始化，初始化具体数值采用参数化设置。然后在I2C驱动模块空闲500ms后读取日历寄存器的数据。对应代码如下所示：

02上板调试

由于此处并没有ds1337芯片的仿真模型，可以使用eeprom的I2C仿真模型替代。由于是多字节读写，前文eeprom的仿真模型对多字节数据的仿真也不支持，所以本文就不对工程进行仿真，直接使用ILA在线调试工具抓取I2C读写时序，来判断ds1337是否读写成功。

说到这里，其实对于ILA使用不熟练的同学，可以观察一下我对ILA的例化，顶层的ILA就可以抓取所有底层模块中的信号，并且不需要把底层模块信号从端口引出，就是利用”.”这个符号实现的。

由于ds1337的寄存器中的数据采用BCD码进行编码，则ILA抓取的数据使用十六进制进行显示，可以直接认为是对应的十进制数据。

顶层初始化设置的ds1337初始时间为2年3月15日星期天11时37分42秒，使用ILA抓取初始化波形如下所示：

图4 抓取初始化时序

将初始化的开始信号放大，结果如下图所示，需要初始化的数据为56’h42371100150302，表示2年3月15日星期天11时37分42秒，由于先写高位数据，所以秒在高字节，年在低字节数据。

图5 放大初始化数据

I2C初始化写时序如下图所示，黄色信号表示I2C双向数据信号，红色信号表示I2C的时钟信号，而天蓝色表示该模块的I2C数据输出，紫红色信号表示I2C的数据输出使能信号，低电平表示从机应答，高电平表示主机输出信号。

首先输出起始位之后，输出器件地址，然后再输出寄存器地址0，之后就写入7字节的数据，数据写完之后发送停止位，初始化写入完成。

图6 I2C写时序放大

ds1337初始化之后，就会按每秒计时运行，然后抓取读ds1337芯片日历寄存器的波形，结果如下所示。粉色信号就是抓取的I2C读取信号rdata，抓取的数据为56’h57371100150302，表示2年3月15日星期天11时37分57秒，由于经过了一段时间，所以读取的数据相对初始值已经过了几秒了。

图7 I2C读时序

就不对时序进行分析了，前文读写eeprom的时候已经对I2C时序进行了详细分析，在经过一段时间，抓取读取时序如下所示，读取的数据为56’h113811001503 02，表示2年3月15日星期天11时38分11秒。

图8 I2C读时序

最后数码管的显示如下所示，初始化的时为37分42秒，之后就一直运行。

本文工程就是对ds1337的功能做了验证，也是对I2C模块的连续读写能力再次进行测试，功能均正常。