ds1302数码管显示RTC时间设计Verilog代码Quartus AX301开发板

名称：ds1302数码管显示RTC时间设计Verilog代码Quartus AX301开发板

软件：Quartus

语言：Verilog

代码功能：

RTC（Real-Time Clock)实时时钟为系统提供一个可靠的时间，并且在断电的情况下，RTC 实时时钟也可以通过电池供电，一直运行下去。RTC 通过类 SPI 总线向 FPGA 传送 8 位数据（BCD 码）。

数据包括秒，分，小时，日期，天，月和年。在本实验中我们将读取 RTC 的时,分,秒的数据并在数码管中显示时间

FPGA代码Verilog/VHDL代码资源下载：www.hdlcode.com

本代码已在AX301开发板验证，AX301开发板如下，其他开发板可以修改管脚适配：

设计文档：

ds1302 数码管显示 RTC 时间实验

1 实验简介

实验通过阅读 DS1302 芯片手册，了解 DS1302 操作时序和相关寄存器，然后设计程序将DS1302 RTC 时间通过数码管显示出来，类似于一个电子钟。

2 实验原理

RTC（Real-Time Clock)实时时钟为系统提供一个可靠的时间，并且在断电的情况下，RTC 实时时钟也可以通过电池供电，一直运行下去。RTC 通过类 SPI 总线向 FPGA 传送 8 位数据（BCD 码）。

数据包括秒，分，小时，日期，天，月和年。在本实验中我们将读取 RTC 的时,分,秒的数据并在数码管中显示时间。

2.1 硬件介绍

AX301/AX4010 开发板上 RTC 设计采用 DALLAS 公司的低功耗实时时钟芯片 DS1302, DS1302 的VCC2 为主电源，VCC1 为后备电源。在主电源关闭的情况下，也能可以通过电池保持时钟的连续运行。DS1302 外接 32.768kHz 晶振为 RTC 电路提供振荡源。 RTC 部分的原理图如下图所示：

2.2 DS1302 时序和控制

2.2.1 写数据时序

DS1302 芯片写操作的时序图。第一个字节是“访问寄存器的地址”，第二字节是“写数据”。 在写操作的时候，都是“上升沿有效”，然而还有一个条件，就是 CE（/RST）信号必须拉高。

（数据都是从 LSB 开始发送，亦即是最低位开始至最高位结束）。

DS1302 写时序

2.2.2 读数据时序

基本上和写操作的时序图大同小异，区别的地方就是在第二个字节是“读数据”的动作。第 二字节读数据开始时，SCLK 信号都是下降沿送出数据，这个时候可以使用上升沿读取数据。CE （/RST）信号同样是必须拉高。（第一节数据是从 LSB 开始输出，第二节数据是从 LSB 开始读 入）。

2.2.3 命令格式和寄存器

无论是读操作还是写操作，在时序图中，第一个字节都是“访问寄存器的地址”，然而这一字 节数据有自己的格式。

BIT 7 固定。 BIT 6 表示是访问寄存器本身，还是访问 RAM 空间。 BIT 5 到 BIT1 表示是寄存器 或 RAM 空间的地址。 BIT 0 表示是访问寄存器本身是写操作，还是读操作。

下图是 DS1302 的寄存器地址和数据格式

3 程序设计

通过分析 DS1302 读写时序，可以看出和 SPI 时序类似，只不过数据输出和输入分时复用了，本实验利用 SPI Flash 读写实验中已经使用过的 SPI Master 模块来做为 DS1302 的底层读写控制模块，然后再编写一个 RTC 读写模块。

ds1302_io 模块完成 DS1302 寄存器读写控制，状态机如下图所示。

状态“S_IDLE”空闲状态，收到读写寄存器请求写进入“S_CE_HIGH”状态，将 CE 拉高，然后根据请求类型，进入读（S_READ）或写状态(S_WRITE)。

“S_WRITE”状态下一个状态进入写地址状态“S_WRITE_ADDR”,再进入写数据状态“S_WRITE_DATA”，完成一个寄存器的写入，最后应答，拉低 CE。

“S_READ”状态下一个状态进入读地址状态“S_READ_ADDR”,再进入读数据状态“S_READ_DATA”，完成一个寄存器的读取，最后应答，拉低 CE。

ds1302_io 状态机

ds1302_io 端口

ds1302 模块主要完成时间寄存器的读写控制，状态机状态较为简单。

ds1302 模块状态机

ds1302 模块端口

ds1302_test 模块主要 CH 状态检测，CH 位于秒寄存器的 BIT7 位，上电后首先读取时间，判断秒寄存器的 CH 状态，如果为高，表示 DS1302 暂停，状态机进入“S_WRITE_CH”，将 CH 写 0， 并将一个初始时间写入，然后循环不断的读取时间寄存器。

ds1302_test 状态机

ds1302_test 端口

4 实验现象

将程序下载到开发板以后，可以看到数码管一个初始时间，然后每秒时间改变一次，如果装有纽扣电池，这个时间会持续走下去，不会因为断电后停止；如果没有纽扣电池，可以在不断电的情况下重新下载程序，时间不会因为程序中断而停止。也可以断电后等待一分钟左右，重新上电，RTC 保存的时间即会消失，可以重新下载程序。

纽扣电池型号为 CR1220，安装时注意正极朝上，取下时用镊子拨动黄色弹片，即可弹出电池。

部分代码展示:

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//Copyright (c) 2017,ALINX(shanghai) Technology Co.,Ltd,All rights reserved
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//                   File Name  :  seg_bcd.v
//                Project Name  :  
//                      Author  :  meisq
//                       Email  :  msq@qq.com
//                     Company  :  ALINX(shanghai) Technology Co.,Ltd
//                         WEB  :  http://www.alinx.cn/
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//   Description:   
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//   
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//  Revision History:
//  Date          By            Revision    Change Description
//--------------------------------------------------------------------------
//  2017/6/19     meisq         1.0         Original
//*************************************************************************/
module seg_bcd(
input clk,
input rst_n,
output[5:0] seg_sel,
output[7:0] seg_data,
input [23:0]seg_bcd
);
/*Four bits represent a decimal number*/
wire[6:0] seg7_data_0;
seg_decoder seg_decoder_m0(
.bin_data(seg_bcd[23:20]),
.seg_data(seg7_data_0)
);
wire[6:0] seg7_data_1;
seg_decoder seg_decoder_m1(
.bin_data(seg_bcd[19:16]),
.seg_data(seg7_data_1)
);
wire[6:0] seg7_data_2;
seg_decoder seg_decoder_m2(
.bin_data(seg_bcd[15:12]),
.seg_data(seg7_data_2)
);
wire[6:0] seg7_data_3;
seg_decoder seg_decoder_m3(
.bin_data(seg_bcd[11:8]),
.seg_data(seg7_data_3)
);

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