大侠好，欢迎来到FPGA技术江湖。本系列将带来FPGA的系统性学习，从最基本的数字威廉希尔官方网站
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系统性的掌握技术开发以及相关要求，对个人就业以及职业发展都有着潜在的帮助，希望对大家有所帮助。本次带来Vivado系列，RTC实时时钟系统设计。话不多说，上货。
实时时钟系统设计
RTC（real time clock）实时时钟，在电脑、手机等电子产品中都有，应用较多。它的主要作用就是，在产品断电之后，时间还可以继续走数。这样我们在重新使用电子产品时，时间仍然正确。芯片本身可以通过纽扣电池供电，接下来我们一起学习一下RTC的驱动。
此次，RTC用到的主芯片为DS1302，优点为控制简单，接下来我们一起了解一下芯片的特性以及控制。
一、芯片特征
在官方文档中，给出了以下重要特点描述：
1、实时时钟系统可以计数时、分、秒、日、月、星期、区分闰年平年的年份等，最多支持2100年。 2、有31*8bit的存储容量的RAM。 3、实时时钟系统或者RAM的读写，可以单字节或者多字节（突发模式）进行数据传输。 在芯片计时过程中，可以准确的计出时分秒等，还有每个月各有多少天。有30、31、28、29天的区分，年份有闰年平年的区分。小时有12小时制和24小时制。有AM和PM的区分。 芯片的控制是通过CE、I/O（data line）和SCLK。数据线可以一次传输1字节或者31字节。
二、端口
图中的MCU在此时是指的我们的FPGA，那么，FPGA与芯片进行数据交互时，是通过三个串行线进行的，并且I/O为双端口类型。芯片的端口中，除了三个主控端口（CE、I/O、SCLK）外，还有X1和X2。 这两个端口为晶振接口，芯片需要一个外挂晶振来提供时钟，以便用来计时。VCC1和VCC2为两路电源，其中VCC2为板卡提供的电源，VCC1为纽扣电池供电。供电关系会在下面的管脚说明里面进行讲解。 GND为电源地。
三、管脚说明
四、命令格式
下图展示了命令字节，一个命令字节由数据的发送者决定。最高位必须为1，如果是0，将禁止向芯片写数据。bit6如果是0将与实时时钟系统通信，如果是1将与RAM通信。bit1到bit5为寄存器地址；bit0如果为0为写操作，1为读操作。
五、读写控制
首先是写操作，在8个SCLK时钟周期内，主机发送一个写命令字节，数据输入在接下来的8个SCLK时钟的上升沿，数据开始为bit0，也就是说，数据在发送时，从低位开始发送。
数据读操作，在8个SCLK时钟周期内，主机发送一个读命令，数据输出在接下来的8个SCLK时钟下降沿。第一个数据bit出现在命令字节最后一个bit被写入之后的第一个下降沿。通常数据传输需要在CE为高时。读数据时，也是从低位开始。
六、接口协议
基于芯片的读写方式，我们可以使用SPI协议进行数据读写，那么接下来我们介绍一下SPI协议。 SPI协议有四种模式，如下图：
SPI的四种模式是按照其时钟极性（CPOL）和时钟相位（CPHA）共同决定的，CPOL=0，即SCLK=0，表示SCLK时钟信号线在空闲状态时的电平为低电平，因此有效状态为高电平。CPHA=0，即表示在时钟的第一个岩信号进行采样。CPOL和CPHA共有四种组合，固有四种通信模式。
SPI为主从模式，在通信线上，需要4通信线： CS – 从设备使能信号，由主设备控制 SCL – 时钟信号，由主设备产生 MISO – 主设备数据输入，从设备数据输出 MOSI – 主设备数据输出，从设备数据输入 但是，一般为了节省资源，会使用3跟通信线，分别为CE、SCL、SDA。其中SDA为双端口。数据的输出和输入都使用这条线。 在我们的DS1302时序图中，读写时序跟SPI的第一种模式一样，所以我们在写代码的时候可以使用SPI协议去写。
接下来我们开始新建工程写代码。
新建文件，按照写时序，通过线性序列机写出写模块。
代码如下：
同样的方式，新建文件读模块以及控制模块，代码如下：
在读写模块中，按照框架设计，计数器必须在使能有效的条件下进行，所以，在写计数器时，必须判断使能信号。
控制模块如下：
在控制模块中，我们前三个状态要把时间的初值写进芯片，比如我们写入时分秒，那么我们需要按照手册给出相应的命令。
在这里我们需要解释一下小时的数据格式。BIT7如果为0代表使用的是24小时制，如果为1代表使用的是12小时制。BIT6恒为0。BIT5，如果是12小时制，0代表上午，1代表下午，如果是24小时制，BIT5和BIT4共同组成了小时的十位。BIT3到BIT0为小时的个位。
顶层模块代码如下：
在这里需要大家注意的是三态门的编写。
作为输入时，将数据线置为高祖态。
仿真图如下：
前三个状态，分别写入了时分秒等数据，3 4 5三个状态分别是读时分秒的状态，最后一个状态是做的延时，在一秒时间内，读出的数据是没有变化的，因此我们可以减少读操作的频率来降低工作频率。在rd_done信号拉高时，可以看到时分秒都有数据被赋值，及读出正常。
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