1. 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介

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

2. 實(shí)驗(yàn)原理

RTC（Real-Time Clock)實(shí)時(shí)時(shí)鐘為系統(tǒng)提供一個(gè)可靠的時(shí)間，并且在斷電的情況下，RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘也可以通過(guò)電池供電，一直運(yùn)行下去。RTC通過(guò)類(lèi)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(shí)，日期，天，月和年。在本實(shí)驗(yàn)中我們將讀取RTC的時(shí),分,秒的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到PC。

2.1 硬件介紹

開(kāi)發(fā)板上RTC設(shè)計(jì)采用DALLAS公司的低功耗實(shí)時(shí)時(shí)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(guò)電池保持時(shí)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(shí)序和控制

1）寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)序

DS1302芯片寫(xiě)操作的時(shí)序圖。第一個(gè)字節(jié)是“訪問(wèn)寄存器的地址”，第二字節(jié)是“寫(xiě)數(shù)據(jù)”。在寫(xiě)操作的時(shí)候，都是“上升沿有效”，然而還有一個(gè)條件，就是CE（/RST）信號(hào)必須拉高。（數(shù)據(jù)都是從LSB開(kāi)始發(fā)送，亦即是最低位開(kāi)始至最高位結(jié)束）。

2）讀數(shù)據(jù)時(shí)序

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

3）命令格式和寄存器

無(wú)論是讀操作還是寫(xiě)操作，在時(shí)序圖中，第一個(gè)字節(jié)都是“訪問(wèn)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(wèn)寄存器本身，還是訪問(wèn)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(wèn)寄存器本身是寫(xiě)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(guò)分析DS1302讀寫(xiě)時(shí)序，可以看出和SPI時(shí)序類(lèi)似，只不過(guò)數(shù)據(jù)輸出和輸入分時(shí)復(fù)用了，本實(shí)驗(yàn)利用SPI Master模塊來(lái)做為DS1302的底層讀寫(xiě)控制模塊，然后再編寫(xiě)一個(gè)RTC讀寫(xiě)模塊。

ds1302_io模塊完成DS1302寄存器讀寫(xiě)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(xiě)寄存器請(qǐng)求寫(xiě)進(jìn)入“S_CE_HIGH”狀態(tài)，將CE拉高，然后根據(jù)請(qǐng)求類(lèi)型，進(jìn)入讀（S_READ）或?qū)憼顟B(tài)(S_WRITE)。

“S_WRITE”狀態(tài)下一個(gè)狀態(tài)進(jìn)入寫(xiě)地址狀態(tài)“S_WRITE_ADDR”,再進(jìn)入寫(xiě)數(shù)據(jù)狀態(tài)“S_WRITE_DATA”，完成一個(gè)寄存器的寫(xiě)入，最后應(yīng)答，拉低CE。

“S_READ”狀態(tài)下一個(gè)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(gè)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(shí)間寄存器的讀寫(xiě)控制，狀態(tài)機(jī)狀態(tài)較為簡(jiǎn)單。

ds1302模塊端口

ds1302_test模塊主要CH狀態(tài)檢測(cè)，CH位于秒寄存器的BIT7位，上電后首先讀取時(shí)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(xiě)0，并將一個(gè)初始時(shí)間寫(xiě)入，然后循環(huán)不斷的讀取時(shí)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(kāi)發(fā)板以后，連接uart轉(zhuǎn)串口到PC機(jī)

打開(kāi)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(huì)收到一條數(shù)據(jù)，顯示一個(gè)時(shí)間。