Эта статья основана на чипе DS1302 и предоставляет пошаговое руководство по правилу SPI-коммуникации между чипом и FPGA. Она объясняет принципы аппаратного проектирования и разработку драйвера интерфейса SPI для FPGA.

Обзор чипа DS1302

DS1302, представленный компанией Dallas Semiconductor (ныне часть Adage Coordinates), является энергоэффективным чипом реального времени, который предоставляет данные, такие как секунды, минуты, часы, дни, месяцы и годы, и включает функцию капельной зарядки. Он подходит для приложений, требующих точных функций реального времени. DS1302 взаимодействует с микропроцессорами через простой последовательный интерфейс SPI, который отличается простой структурой, низким энергопотреблением и высокой точностью.

DS1302

Принцип SPI-коммуникации между FPGA и DS1302

Интерфейс SPI представляет собой четырехпроводной коммуникационный интерфейс, включающий последовательный тактовый сигнал (SCK), ввод мастера/вывод ведомого (MISO), вывод мастера/ввод ведомого (MOSI) и низкоуровневый активный сигнал выбора ведомого (NSS). DS1302, как ведомое устройство, взаимодействует с FPGA через интерфейс SPI. Во время коммуникации FPGA действует как главное устройство, контролируя время передачи данных через линию SCK, отправляя данные на DS1302 через линию MOSI и принимая данные от DS1302 через линию MISO. Линия NSS используется для выбора ведомого устройства, обеспечивая возможность взаимодействия главного устройства с конкретным ведомым устройством.

Принципы аппаратного проектирования

В плане аппаратного проектирования первым шагом является определение метода подключения между DS1302 и FPGA. Согласно определению интерфейса SPI, контакты SCK, MISO, MOSI и GND DS1302 должны быть подключены к соответствующим контактам FPGA. Кроме того, чтобы DS1302 работал правильно, необходимо подключить его управляющие контакты (VCC1 и VCC2) и тактовые контакты (X1 и X2). Обратите внимание на следующее при подключении:

1. Обеспечьте правильность и стабильность соединительных линий;
2. Выберите подходящие источники питания и тактовые генераторы;
3. Обратите внимание на рациональность компоновки и электромагнитную совместимость в проектировании печатной платы.

Разработка драйвера интерфейса SPI для FPGA

При разработке драйвера интерфейса SPI в FPGA необходимо реализовать следующие функции:

1. Генерация сигнала SCK для управления временем передачи данных;

2. Отправка данных на DS1302 через линию MOSI;

3. Прием данных от DS1302 через линию MISO;

4. Управление сигналом NSS по мере необходимости для выбора ведомого устройства.

В процессе разработки можно использовать подход с машиной состояний для разработки драйвера интерфейса SPI. Машина состояний включает такие состояния, как ожидание, отправка и прием. Переходы состояний и обработка данных выполняются на основе текущего состояния и входных сигналов. Обратите внимание на следующие моменты:

1. Обеспечьте стабильность и точность сигнала SCK;

2. Правильно обрабатывайте передачу данных по линиям MOSI и MISO;

3. Соответствующим образом устанавливайте состояние сигнала NSS по мере необходимости для выбора ведомого устройства.

Заключение

Эта статья представила руководство по SPI-коммуникации между FPGA и чипом DS1302, принципы аппаратного проектирования и методику разработки драйвера интерфейса SPI для FPGA. Благодаря этому руководству читатели могут понять основные концепции и характеристики интерфейса SPI, освоить основные принципы и методы реализации коммуникации между FPGA и периферийными устройствами, а также получить справочные материалы и рекомендации для дальнейшего проектирования FPGA.