【紫光同創國產FPGA教程】【第二十二章】RTC時間實驗

1. 實驗簡介

實驗通過閱讀DS1302芯片手冊，了解DS1302操作時序和相關寄存器，然后設計程序將DS1302 RTC時間通過串口發送到PC，通過串口調試助手可以看到時間信息。

2. 實驗原理

RTC（Real-Time Clock)實時時鐘為系統提供一個可靠的時間，并且在斷電的情況下，RTC實時時鐘也可以通過電池供電，一直運行下去。RTC通過類SPI總線向FPGA傳送8位數據（BCD碼）。數據包括秒，分，小時，日期，天，月和年。在本實驗中我們將讀取RTC的時,分,秒的數據通過串口發送到PC。

2.1 硬件介紹

開發板上RTC設計采用DALLAS公司的低功耗實時時鐘芯片DS1302, DS1302的VCC2為主電源，VCC1為后備電源。在主電源關閉的情況下，也可以通過電池保持時鐘的連續運行。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）寫數據時序

DS1302芯片寫操作的時序圖。第一個字節是“訪問寄存器的地址”，第二字節是“寫數據”。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。（數據都是從LSB開始發送，亦即是最低位開始至最高位結束）。

2）讀數據時序

基本上和寫操作的時序圖大同小異，區別的地方就是在第二個字節是“讀數據”的動作。第二字節讀數據開始時，SCLK信號都是下降沿送出數據，這個時候可以使用上升沿讀取數據。CE（/RST）信號同樣是必須拉高。（第一節數據是從LSB開始輸出，第二節數據是從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，第一個字節都是“訪問寄存器的地址”，然而這一字節數據有自己的格式。

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的寄存器地址和數據格式

3. 程序設計

通過分析DS1302讀寫時序，可以看出和SPI時序類似，只不過數據輸出和輸入分時復用了，本實驗利用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，狀態機如下圖所示。

狀態“S_IDLE”空閑狀態，收到讀寫寄存器請求寫進入“S_CE_HIGH”狀態，將CE拉高，然后根據請求類型，進入讀（S_READ）或寫狀態(S_WRITE)。

“S_WRITE”狀態下一個狀態進入寫地址狀態“S_WRITE_ADDR”,再進入寫數據狀態“S_WRITE_DATA”，完成一個寄存器的寫入，最后應答，拉低CE。

“S_READ”狀態下一個狀態進入讀地址狀態“S_READ_ADDR”,再進入讀數據狀態“S_READ_DATA”，完成一個寄存器的讀取，最后應答，拉低CE。

ds1302_io端口

ds1302模塊主要完成時間寄存器的讀寫控制，狀態機狀態較為簡單。

ds1302模塊端口

ds1302_test模塊主要CH狀態檢測，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，如果為高，表示DS1302暫停，狀態機進入“S_WRITE_CH”，將CH寫0，并將一個初始時間寫入，然后循環不斷的讀取時間寄存器。

ds1302_test狀態機

ds1302_test端口

4. 實驗現象

將程序下載到開發板以后，連接uart轉串口到PC機

打開串口調試助手

端口選擇按照設備管理器中“Silicon Labs CP210x USB to UART Bridge”設置，波特率選擇“115200”，其他值默認。

我們可以看到串口每秒會收到一條數據，顯示一個時間。