【紫光同創(chuàng)國產(chǎn)FPGA教程】【第二十二章】RTC時間實(shí)驗(yàn)

1. 實(shí)驗(yàn)簡介

實(shí)驗(yàn)通過閱讀DS1302芯片手冊，了解DS1302操作時序和相關(guān)寄存器，然后設(shè)計(jì)程序?qū)S1302 RTC時間通過串口發(fā)送到PC，通過串口調(diào)試助手可以看到時間信息。

2. 實(shí)驗(yàn)原理

RTC（Real-Time Clock)實(shí)時時鐘為系統(tǒng)提供一個可靠的時間，并且在斷電的情況下，RTC實(shí)時時鐘也可以通過電池供電，一直運(yùn)行下去。RTC通過類SPI總線向FPGA傳送8位數(shù)據(jù)（BCD碼）。數(shù)據(jù)包括秒，分，小時，日期，天，月和年。在本實(shí)驗(yàn)中我們將讀取RTC的時,分,秒的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到PC。

2.1 硬件介紹

開發(fā)板上RTC設(shè)計(jì)采用DALLAS公司的低功耗實(shí)時時鐘芯片DS1302, DS1302的VCC2為主電源，VCC1為后備電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也可以通過電池保持時鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302外接32.768kHz晶振為RTC電路提供振蕩源。 RTC部分的原理圖如下圖所示：

2.2 DS1302時序和控制

1）寫數(shù)據(jù)時序

DS1302芯片寫操作的時序圖。第一個字節(jié)是“訪問寄存器的地址”，第二字節(jié)是“寫數(shù)據(jù)”。在寫操作的時候，都是“上升沿有效”，然而還有一個條件，就是CE（/RST）信號必須拉高。（數(shù)據(jù)都是從LSB開始發(fā)送，亦即是最低位開始至最高位結(jié)束）。

2）讀數(shù)據(jù)時序

基本上和寫操作的時序圖大同小異，區(qū)別的地方就是在第二個字節(jié)是“讀數(shù)據(jù)”的動作。第二字節(jié)讀數(shù)據(jù)開始時，SCLK信號都是下降沿送出數(shù)據(jù)，這個時候可以使用上升沿讀取數(shù)據(jù)。CE（/RST）信號同樣是必須拉高。（第一節(jié)數(shù)據(jù)是從LSB開始輸出，第二節(jié)數(shù)據(jù)是從LSB開始讀入）。

3）命令格式和寄存器

無論是讀操作還是寫操作，在時序圖中，第一個字節(jié)都是“訪問寄存器的地址”，然而這一字節(jié)數(shù)據(jù)有自己的格式。

BIT 7 固定。 BIT 6 表示是訪問寄存器本身，還是訪問RAM空間。 BIT 5 到BIT1 表示是寄存器或RAM空間的地址。 BIT 0 表示是訪問寄存器本身是寫操作，還是讀操作。

下圖是DS1302的寄存器地址和數(shù)據(jù)格式

3. 程序設(shè)計(jì)

通過分析DS1302讀寫時序，可以看出和SPI時序類似，只不過數(shù)據(jù)輸出和輸入分時復(fù)用了，本實(shí)驗(yàn)利用SPI Master模塊來做為DS1302的底層讀寫控制模塊，然后再編寫一個RTC讀寫模塊。

ds1302_io模塊完成DS1302寄存器讀寫控制，狀態(tài)機(jī)如下圖所示。

狀態(tài)“S_IDLE”空閑狀態(tài)，收到讀寫寄存器請求寫進(jìn)入“S_CE_HIGH”狀態(tài)，將CE拉高，然后根據(jù)請求類型，進(jìn)入讀（S_READ）或?qū)憼顟B(tài)(S_WRITE)。

“S_WRITE”狀態(tài)下一個狀態(tài)進(jìn)入寫地址狀態(tài)“S_WRITE_ADDR”,再進(jìn)入寫數(shù)據(jù)狀態(tài)“S_WRITE_DATA”，完成一個寄存器的寫入，最后應(yīng)答，拉低CE。

“S_READ”狀態(tài)下一個狀態(tài)進(jìn)入讀地址狀態(tài)“S_READ_ADDR”,再進(jìn)入讀數(shù)據(jù)狀態(tài)“S_READ_DATA”，完成一個寄存器的讀取，最后應(yīng)答，拉低CE。

ds1302_io端口

ds1302模塊主要完成時間寄存器的讀寫控制，狀態(tài)機(jī)狀態(tài)較為簡單。

ds1302模塊端口

ds1302_test模塊主要CH狀態(tài)檢測，CH位于秒寄存器的BIT7位，上電后首先讀取時間，判斷秒寄存器的CH狀態(tài)，如果為高，表示DS1302暫停，狀態(tài)機(jī)進(jìn)入“S_WRITE_CH”，將CH寫0，并將一個初始時間寫入，然后循環(huán)不斷的讀取時間寄存器。

ds1302_test狀態(tài)機(jī)

ds1302_test端口

4. 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

將程序下載到開發(fā)板以后，連接uart轉(zhuǎn)串口到PC機(jī)

打開串口調(diào)試助手

端口選擇按照設(shè)備管理器中“Silicon Labs CP210x USB to UART Bridge”設(shè)置，波特率選擇“115200”，其他值默認(rèn)。

我們可以看到串口每秒會收到一條數(shù)據(jù)，顯示一個時間。