FPGA控制DS1302时钟芯片实战

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"DS1302是一款经典的实时时钟(RTC)芯片，常用于单片机和FPGA系统中，提供精确的时间信息。本文主要介绍如何使用Verilog语言来控制DS1302，以及该芯片的工作原理和时序控制。" 在FPGA设计中，DS1302与系统之间的通信主要依赖于三个关键信号：CE(Chip Enable)，I/O(Input/Output)和SCLK(Serial Clock)。CE作为控制信号，当其为高电平时，DS1302才允许进行读写操作；反之，CE为低电平时，芯片不响应任何操作。I/O管脚是一个双向接口，因此在FPGA中需要定义为inout类型，以适应读写数据的需求。SCLK则是串行时钟信号，用于同步数据传输。 DS1302的读写时序至关重要。读操作开始时，首先拉高CE，然后SCLK产生16个脉冲，前8个脉冲用于写入数据，后8个脉冲用于读取数据。在SCLK的下降沿，I/O会输出读取到的数据。写操作则是在拉高CE后，SCLK产生15个脉冲，数据在SCLK的上升沿写入，前8位为控制字，后8位为数据，遵循LSB优先的原则。写操作完成后，需保持一段时间再将CE拉低，以完成一次写操作。连续写入需等待CE为低电平一段时间后再进行。时序设计时，要确保SCLK的高电平和低电平时间满足DS1302数据手册中的最小要求，例如在5V供电下至少250ns，但通常会留有一定的余量，如1us，以保证操作的稳定性，尤其是对于实时性要求不高的应用。 DS1302的控制字包含8位，用于配置芯片的工作状态。秒寄存器的最高位BIT7，若设为1，则关闭时钟振荡器，进入低功耗模式，电流消耗极低，适合电池供电的应用。而将BIT7设为0，则恢复时钟振荡器工作，芯片正常运行。小时寄存器的BIT7决定是12小时制还是24小时制，高电平表示12小时制，低电平为24小时制。通过理解和掌握DS1302的时序、控制字及其功能，开发者可以有效地在FPGA设计中集成DS1302，实现精确的实时时钟功能。在实际应用中，可能还需要考虑电源管理、中断处理、异常情况的处理等细节，以确保系统的稳定性和可靠性。

这里只有5个状态，从状态的命名也可以看出该状态是干嘛的。

然后是inout端口ds1302_data的处理

+ 查看代码

reg read_enable;

reg ds1302_data_reg;

assign ds1302_data = read_enable ? 1'bz:ds1302_data_reg;

assign ds1302_data_look = read_enable ? ds1302_data:1'b0;

和IIC的处理一样。需要一个读使能信号。

然后就是定义一些变量，用来计数每个状态的持续时间，发送的哪一位，保存读取时候每一次移位的值和I/O输出的值。

+ 查看代码

//counter 100 to delay 2000ns

reg [7:0] delay_time;

reg [7:0] delay_time_next;

always@(posedge clk or negedge rst_n) begin

if(!rst_n)

delay_time <= 'd0;

else

delay_time <= delay_time_next;

end

//record transfer which bit, serial transfer,so need a variable value

reg [2:0] bit_counter; //current transfer bit

reg [2:0] bit_counter_next; //next transfer bit

always@(posedge clk or negedge rst_n) begin

if(!rst_n)

bit_counter <= 'd0;

else

bit_counter <= bit_counter_next;

end

//save the every shift data to read_data

reg [7:0] read_data;

reg [7:0] read_data_reg;

always@(posedge clk or negedge rst_n) begin

if(!rst_n)

read_data <= 8'd0;

else

read_data <= read_data_reg;

end

//save the ds1302 I/O output value

reg ds1302_data_reg_reg;

always@(posedge clk or negedge rst_n) begin

if(!rst_n)

ds1302_data_reg_reg <= 'd0;

else

ds1302_data_reg_reg <= ds1302_data_reg;

end

然后就是状态机的设计：

+ 查看代码

reg [2:0] state;

reg [2:0] state_next;

always@(posedge clk or negedge rst_n) begin

if(!rst_n)

state <= idle_state;

else

state <= state_next;

end

always@(*) begin

state_next = state;

ds1302_ce = 1'b1;

delay_time_next = delay_time;

finish = 1'b0;

read_data_reg = read_data;

bit_counter_next = bit_counter;

ds1302_data_reg = ds1302_data_reg_reg;

read_enable = 0; //default ds1302_data is output

read_finish = 'b0;

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