源码系列:基于FPGA实时时钟的设计(附源工程)

原创 FPGA技术江湖 2025-01-06 08:02

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今天给大侠带来基于FPGA实时时钟的设计,附源码,获取源码,请在“FPGA技术江湖”公众号内回复“基于FPGA实时时钟的设计源码”,可获取源码文件。话不多说,上货。

本次设计采用了美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路 DS1302,它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5V~5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。

DS1302芯片的封装如下:


DS1302芯片有8个引脚,在本次的设计中只要驱动3个引脚就可以了,其他的引脚都是和硬件相连接的,和FPGA连接的有时钟sclk,串行数据数据接口IO,以及CE。

其工作原理就是在数据的传送过程中先把CE拉高,在每个数据的上升沿写入数据,在下降沿输入数据,一次只能读写一位数据。最初我们通过一个8位的控制指令来选择读写,如果控制指令是单字节模式,连续的8个脉冲上升沿写入,下降沿读出数据,一次只能读取一个字节,如果是突发模式通过连续的脉冲一次性的写完7个字节的时间寄存器也可以一次性的读完8--328位的ram数据

控制指令有8位,第七位必须为高,如果是0写入被禁止,第六位0是对时钟寄存器的读写操作,为1对是控制对RAM区的读写操作。

bit1 -- 5 是对相关寄存器的操作,bit0是读写操作。


各个寄存器的的设置,和每位的表示如下图,从图中我们了解到读写时控制字是多少以及写入寄存器的地址,和写入的8位的时间表示。我们可以通过下表来设置一个初始的时间。


涓流寄存器主要决定了DS1302的充电特性,涓流充电选择位4--7位,1010涓流充电其他禁止充电,二级管选择位3--2位,电阻选择1--0位具体的选择如下表 。

突发模式下,表示我们可以连续写,连读,连续写时必须写满7个时钟寄存器。时序图如下,SPI通信 。
 

下表表示数据传送过程中数据的延迟,时钟的周期等时间。 

 
本次设计是通过配置DS1302芯片来实现实时时钟的监测,通过控制2个按键来选择我们要在数码管上显示的时间,按下按键1来显示周几,按下按键2来显示年月日,不按显示时分秒,这样显示符合实时钟的显示。思路是先打开写保护,一个一个寄存器的写进去,然后关闭写保护,然后再读出数据。
 
设计架构图:

设计代码:(源码文件可从公众号内部获取)
总模块:


控制模块:(由于控制模块代码较多,只展示部分关键信号,具体代码如有需要,请公众号内自行获取)


数码管模块:


测试模块:(Mmodelsim 仿真)


仿真图:


从仿真测试图中,可以清楚的看到在发送的寄存器命令时,收回总线控制权,读数据时,释放了总线控制权。 
下图是突发读的时序图,此次设计是一个一个的写寄存器,必须写满7个时钟寄存器,然后突发的读,突发读的时候拉高CE,然后不停的读接收数据。拓展也可以做突发读写,原理一样,感兴趣的可以试一试。


END

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