基于FPGA的实时时钟设计

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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威廉希尔官方网站 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。