【紫光同创国产FPGA教程】【第二十二章】RTC时间实验
作者：互联网
1. 实验简介
实验通过阅读DS1302芯片手册，了解DS1302操作时序和相关寄存器，然后设计程序将DS1302 RTC时间通过串口发送到PC，通过串口调试助手可以看到时间信息。
2. 实验原理
RTC（Real-Time Clock)实时时钟为系统提供一个可靠的时间，并且在断电的情况下，RTC实时时钟也可以通过电池供电，一直运行下去。RTC通过类SPI总线向FPGA传送8位数据（BCD码）。数据包括秒，分，小时，日期，天，月和年。在本实验中我们将读取RTC的时,分,秒的数据通过串口发送到PC。
2.1 硬件介绍
开发板上RTC设计采用DALLAS公司的低功耗实时时钟芯片DS1302, DS1302的VCC2为主电源，VCC1为后备电源。在主电源关闭的情况下，也可以通过电池保持时钟的连续运行。DS1302外接32.768kHz晶振为RTC电路提供振荡源。 RTC部分的原理图如下图所示：
开发板RTC
2.2 DS1302时序和控制
1）写数据时序
DS1302芯片写操作的时序图。第一个字节是“访问寄存器的地址”，第二字节是“写数据”。在写操作的时候，都是“上升沿有效”，然而还有一个条件，就是CE（/RST）信号必须拉高。（数据都是从LSB开始发送，亦即是最低位开始至最高位结束）。
DS1302写时序
2）读数据时序
基本上和写操作的时序图大同小异，区别的地方就是在第二个字节是“读数据”的动作。第二字节读数据开始时，SCLK信号都是下降沿送出数据，这个时候可以使用上升沿读取数据。CE（/RST）信号同样是必须拉高。（第一节数据是从LSB开始输出，第二节数据是从LSB开始读入）。
3）命令格式和寄存器
无论是读操作还是写操作，在时序图中，第一个字节都是“访问寄存器的地址”，然而这一字节数据有自己的格式。
BIT 7 固定。 BIT 6 表示是访问寄存器本身，还是访问RAM空间。 BIT 5 到BIT1 表示是寄存器或RAM空间的地址。 BIT 0 表示是访问寄存器本身是写操作，还是读操作。
下图是DS1302的寄存器地址和数据格式
3. 程序设计
通过分析DS1302读写时序，可以看出和SPI时序类似，只不过数据输出和输入分时复用了，本实验利用SPI Master模块来做为DS1302的底层读写控制模块，然后再编写一个RTC读写模块。
ds1302_io模块完成DS1302寄存器读写控制，状态机如下图所示。
状态“S_IDLE”空闲状态，收到读写寄存器请求写进入“S_CE_HIGH”状态，将CE拉高，然后根据请求类型，进入读（S_READ）或写状态(S_WRITE)。
“S_WRITE”状态下一个状态进入写地址状态“S_WRITE_ADDR”,再进入写数据状态“S_WRITE_DATA”，完成一个寄存器的写入，最后应答，拉低CE。
“S_READ”状态下一个状态进入读地址状态“S_READ_ADDR”,再进入读数据状态“S_READ_DATA”，完成一个寄存器的读取，最后应答，拉低CE。
ds1302_io状态机
| 信号名称 | 方向 | 说明 |
| clk | in | 时钟输入 |
| rst | in | 异步复位输入，高复位 |
| ds1302_ce | out | DS1302 CE，高有效 |
| ds1302_sclk | out | DS1302串行时钟 |
| ds1302_io | inout | DS1302数据 |
| cmd_read | in | 读寄存器请求，发出请求时准备好地址 |
| cmd_write | in | 写寄存器请求，发出请求时准备好地址和数据 |
| cmd_read_ack | out | 读寄存器应答，应答时读取数据有效 |
| cmd_write_ack | out | 写寄存器应答 |
| read_addr | in | 读寄存器地址 |
| write_addr | in | 写寄存器地址 |
| read_data | out | 读出的数据 |
| write_data | in | 写寄存器数据 |
ds1302_io端口
ds1302模块主要完成时间寄存器的读写控制，状态机状态较为简单。
ds1302模块状态机
| 信号名称 | 方向 | 说明 |
| clk | in | 时钟输入 |
| rst | in | 异步复位输入，高复位 |
| ds1302_ce | out | DS1302 CE，高有效 |
| ds1302_sclk | out | DS1302串行时钟 |
| ds1302_io | inout | DS1302数据 |
| write_time_req | in | ds1302写时间请求，请求发出时，时间数据write_second、write_minute、write_hour、write_date、write_month、write_week、write_year要有效 |
| write_time_ack | out | 写时间请求应答 |
| write_second | in | 写时间：秒，BCD码，00-59 |
| write_minute | in | 写时间：分，BCD码,，00-59 |
| write_hour | in | 写时间：时，BCD码,，00-23 |
| write_date | in | 写时间：日，BCD码,，01-31 |
| write_month | in | 写时间：月，BCD码,，01-12 |
| write_week | in | 写时间：周，BCD码,，01-07 |
| write_year | in | 写时间：年，BCD码,，00-99 |
| read_time_req | in | 读时间请求 |
| read_time_ack | out | 读时间请求应答 |
| read_second | out | 读时间：秒，BCD码，00-59 |
| read_minute | out | 读时间：分，BCD码,，00-59 |
| read_hour | out | 读时间：时，BCD码,，00-23 |
| read_date | out | 读时间：日，BCD码,，01-31 |
| read_month | out | 读时间：月，BCD码,，01-12 |
| read_week | out | 读时间：周，BCD码,，01-07 |
| read_year | out | 读时间：年，BCD码,，00-99 |
ds1302模块端口
ds1302_test模块主要CH状态检测，CH位于秒寄存器的BIT7位，上电后首先读取时间，判断秒寄存器的CH状态，如果为高，表示DS1302暂停，状态机进入“S_WRITE_CH”，将CH写0，并将一个初始时间写入，然后循环不断的读取时间寄存器。
ds1302_test状态机
| 信号名称 | 方向 | 说明 |
| clk | in | 时钟输入 |
| rst | in | 异步复位输入，高复位 |
| ds1302_ce | out | DS1302 CE，高有效 |
| ds1302_sclk | out | DS1302串行时钟 |
| ds1302_io | inout | DS1302数据 |
| read_second | out | 时间：秒，BCD码，00-59 |
| read_minute | out | 时间：分，BCD码，00-59 |
| read_hour | out | 时间：时，BCD码，00-23 |
| read_date | out | 时间：日，BCD码，01-31 |
| read_month | out | 时间：月，BCD码，01-12 |
| read_week | out | 时间：周，BCD码，01-07 |
| read_year | out | 时间：年，BCD码，00-99 |
ds1302_test端口
4. 实验现象
将程序下载到开发板以后，连接uart转串口到PC机
开发板串口连接图
打开串口调试助手
端口选择按照设备管理器中“Silicon Labs CP210x USB to UART Bridge”设置，波特率选择“115200”，其他值默认。
我们可以看到串口每秒会收到一条数据，显示一个时间。
标签：RTC,FPGA,BCD,DS1302,write,read,寄存器,同创,out 来源： https://www.cnblogs.com/alinx/p/14479727.html