FPGA 实时时钟芯片是DS1302 黑金开发板

 

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简介

      这一节，我将给大家讲解实时时钟部分的内容，我在黑金板上用的实时时钟芯片是DS1302,这块芯片很常见，性价比也很高。我们主要来讲如何在NIOS中实现其功能，所以DS1302功能介绍我简单概括一下，有问题的百度一下就都知道了。

      DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电实时时钟芯片，内含一个实时时钟/日历和31字节静态RAM，仅需要三根线：RES(复位)，I/O(数据线)，SCLK（串行时钟）。时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达 31 个字节的字符组方式通信 DS1302 工作时功耗很低，保持数据和时钟信息时功率小于 1mW。下面看一下电路图吧，下图所示，很简单，三根线就可以搞定了。

硬件开发

      首先，我们需要在软核中构建三个PIO模块，方法跟以前讲的一样。需要注意的是RTC_DATA这个PIO，在构建的过程中，我们将其选择为双向的IO口，因为它是数据线，既要输入也需要输出，如下图所示，红圈处就是我们需要注意的地方，其他两个IO口设置为仅输出。

看看构建好以后的样子吧，如下图是所示

接下来就是自动分配地址，中断，然后开始编译，等待……

回到Quartus后，分配引脚，还是需要注意数据线，也是双向的，分配引脚的时候，要构建双向引脚（bidir），如下图所示。

都设置好以后，我们运行TCL脚本文件，然后开始编译，又是等待……

软件开发

      编译好后，我们打开NIOS II IDE，首先，还是需要编译一下，CTRL+b，编译之后，我们看看system.h有什么变化。观察后可以看出，里面对了，RTC部分的代码，如下表所示，

#define RTC_DATA_NAME "/dev/RTC_DATA"
#define RTC_DATA_TYPE "altera_avalon_pio"
#define RTC_DATA_BASE 0x00201030
……

/*
 * RTC_SCLK configuration
 *
 */

#define RTC_SCLK_NAME "/dev/RTC_SCLK"
#define RTC_SCLK_TYPE "altera_avalon_pio"
#define RTC_SCLK_BASE 0x00201040
……
/*
 * RTC_nRST configuration
 *
 */

#define RTC_NRST_NAME "/dev/RTC_nRST"
#define RTC_NRST_TYPE "altera_avalon_pio"
#define RTC_NRST_BASE 0x00201050
……
/*

在这些代码中，我们需要用到的是以下部分

#define RTC_DATA_BASE 0x00201030
#define RTC_SCLK_BASE 0x00201040
#define RTC_NRST_BASE 0x00201050

好的，接下来，我们就开始写程序吧

第一步，修改sopc.h文件，加入以下代码到sopc.h中

#define _RTC

#ifdef      _RTC
#define     RTC_SCLK                ((PIO_STR *) RTC_SCLK_BASE)
#define     RTC_DATA                ((PIO_STR *) RTC_DATA_BASE)
#define     RTC_RST                 ((PIO_STR *) RTC_NRST_BASE)
#endif /* _RTC */

没什么可说的，接下来我们在inc文件夹下建立ds1302.h，在其中加入以下内容，跟串口程序一样，里面也有个结构体，用这种方式整合所有的函数和变量。

/*
 * ===============================================================
 *
 *       Filename:  ds1302.h
 *   Description:
*        Version:  1.0
 *        Created:
 *       Revision:  none
 *       Compiler:  Nios II 9.0 IDE
*         Author:  AVIC
 *        Company:  金沙滩工作室
* ==============================================================
 */
#ifndef DS1302_H_
#define DS1302_H_

#include "../inc/sopc.h"

//对于双向的IO，操作的过程中要注意改变IO口的方向，置1为输出，置0为输入
#define RTC_DATA_OUT     RTC_DATA->DIRECTION = 1
#define RTC_DATA_IN      RTC_DATA->DIRECTION = 0

typedef struct {
        void (* set_time)(unsigned char *ti);
        void (* get_time)( char * ti);
}DS1302;

extern DS1302 ds1302;

#endif /*DS1302_H_*/

准备工作都做好以后，接下来我们要做的就是写ds1302的驱动了，根据DS1302的时序图来进行编写，首先我来给看看时序图吧，如下图所示，这个是读数据的时序图，

这个是写数据时序图

还有一个有关寄存器的表格，大家也要注意看一下，如下所示，前面两列是读和写的地址，每次操作时，都先写地址，再传数据。

现在，我们就根据时序图来编写ds1302的驱动，在driver文件夹下建ds1302.c文件，然后添加以下内容，

/*
 * =============================================================
*       Filename:  ds1302.c
*   Description:
*        Version:  1.0
 *        Created:  2009-11-23
 *       Revision:  none
 *       Compiler:  Nios II 9.0 IDE
*         Author:  AVIC
 *        Company:  金沙滩工作室
 *
 * =============================================================
 */

#include "../inc/ds1302.h"
//函数声明
static void delay(unsigned int dly);
static void write_1byte_to_ds1302(unsigned char da);
static unsigned char read_1byte_from_ds1302( void );
static void write_data_to_ds1302(unsigned char addr, unsigned char da);
static unsigned char read_data_from_ds1302(unsigned char addr);
void set_time(unsigned char *ti);
void get_time( char *ti);

//对DS1302结构体进行初始化，注意结构体中函数指针的初始化方式
DS1302 ds1302={
        .set_time = set_time,
        .get_time = get_time
};

/*
 * ===  FUNCTION  ====================================================
 *         Name:  delay
 * Description:  延时函数
 * ==================================================================
 */
void delay(unsigned int dly)
{
        for (;dly>0;dly--);
}

/*
 * ===  FUNCTION  =================================================
 *         Name:  write_1byte_to_ds1302
 *  Description:  向ds1302写入1 byte数据
 * ===============================================================
 */
void write_1byte_to_ds1302(unsigned char da)
{
        unsigned int i;
        //写数据的时候，RTC_DATA为输出，先设置其为输出
        RTC_DATA_OUT;
        //以下步骤是处理串行数据的的典型方法，一个位一个位的来判断
        for (i=8; i>0; i--)
        {
                if ((da&0x01)!= 0)
                        RTC_DATA->DATA = 1;
                else
                        RTC_DATA->DATA = 0;
                //根据芯片手册，适当加些延时，不是精确延时
                delay(10);
                RTC_SCLK->DATA = 1;
                delay(20);
                RTC_SCLK->DATA = 0;
                delay(10);

                da >>= 1;
        }
}

/*
 * ===  FUNCTION  ==================================================
 *         Name:  read_1byte_from_ds1302
 *  Description:  从ds1302读取1 byte数据
 * ================================================================
 */
unsigned char read_1byte_from_ds1302( void )
{
        unsigned char i;
        unsigned char da = 0;
        //当读数据的时候，我们要将数据IO设置为输入
        RTC_DATA_IN;
        //以下是典型的读串行数据的方法
        for (i=8; i>0; i--)
        {
                delay(10);
                da >>= 1;
                if (RTC_DATA->DATA !=0 )
                        da += 0x80;

                RTC_SCLK->DATA = 1;
                delay(20);
                RTC_SCLK->DATA = 0;
                delay(10);
        }

        RTC_DATA_OUT;

        return (da);
}

/*
 * ===  FUNCTION  =================================================
 *         Name:  write_data_to_ds1302
 *  Description:  向ds1302写入数据
 * ===============================================================
 */
void write_data_to_ds1302(unsigned char addr, unsigned char da)
{
        RTC_DATA_OUT;
        RTC_RST->DATA = 0; //复位，低电平有效
        RTC_SCLK->DATA = 0;
        delay(40);

        RTC_RST->DATA = 1;
        //先写地址，再写数据，每次写1字节
        write_1byte_to_ds1302(addr); // 地址，命令
        write_1byte_to_ds1302(da); // 写1Byte数据

        RTC_SCLK->DATA = 1;
        RTC_RST->DATA = 0;

        delay(40);
}

/*
 * ===  FUNCTION  ===================================================
 *         Name:  read_data_from_ds1302
 *  Description:  从ds1302读取数据
 * =================================================================
 */
unsigned char read_data_from_ds1302(unsigned char addr)
{
        unsigned char da;

        RTC_RST->DATA = 0;
        RTC_SCLK->DATA = 0;

        delay(40);

        RTC_RST->DATA = 1;
        //先写地址，再读数据
        write_1byte_to_ds1302(addr);
        da = read_1byte_from_ds1302();

        RTC_SCLK->DATA = 1;

        RTC_RST->DATA = 0;

        delay(40);

        return (da);
}

/*
 * ===  FUNCTION  ==================================================
 *         Name:  set_time
 *  Description:  设置时间
 * ================================================================
 */
void set_time(unsigned char *ti)
{
        unsigned char i;
        unsigned char addr = 0x80;

        write_data_to_ds1302(0x8e,0x00); // 控制命令,WP=0,写操作

        for (i =7;i>0;i--)
        {
                write_data_to_ds1302(addr,*ti); // 秒 分 时 日 月 星期 年

                ti++;
                addr +=2;
        }

        write_data_to_ds1302(0x8e,0x80); // 控制命令,WP=1,写保护
}
/*
 * ===  FUNCTION  ==================================================
 *         Name:  get_time
 *  Description:  获取时间 ,读取的时间为BCD码，需要转换成十进制
 * ================================================================
 */
void get_time( char *ti)
{
        unsigned char i;
        unsigned char addr = 0x81;
        char time ;

        for (i=0;i<7;i++){
                time =read_data_from_ds1302(addr); //读取的时间为BCD码
                ti[i] = time /16*10+ time %16; //格式为: 秒 分 时 日 月 星期 年
                addr += 2;
        }
}

OK,我们的驱动写好了，现在我们来写一个main函数来验证一下我们的驱动是否好用吧。

#include <unistd.h>
#include "../inc/uart.h"
#include "../inc/ds1302.h"

#include <stdio.h>

unsigned char time [7] = {0x00,0x19,0x14,0x17,0x03,0x17,0x10}; //格式为: 秒 分 时 日 月 星期 年

int main()
{
    unsigned char buffer[50]= "\0" ;
//设置时间
    ds1302.set_time( time );

while (1){
    //获取时间
        ds1302.get_time( time );

        //将我们要的时间格式化一下，如2010-4-4 15:25:00
        sprintf (buffer, "20%d-%d-%d %d:%d:%d\n" ,
time [6], time [4], time [3], time [2], time [1], time [0]);

        //通过串口发送出去
        uart.send_string( sizeof (buffer),buffer);

//延时1秒
        usleep(1000000);
    }

    return 0;
}

在上面的程序中，我们获取时间后通过串口发送到上位机，这样也复习了我们上一节讲的串口程序。当然，大家也可以直接通过printf()打印出来。

在操作ds1302的时候有一点需要注意，ds1302的输入和输出都是8421BCD码进行的，所以我们需要对其进行转换。不过，输入的时候我是直接输入16进制，比如，我们设置分钟为10的话，我直接输入十六进制的0x10，这样就不需要转化了。而在输出的时候是必须要转化的，大家在写程序的时候注意这一点。

好了，我们来看看我们的劳动果实，看看串口传出的数据吧。