标签: 实时时钟

第二十章 RTC实时时钟实验   前面我们介绍了两款液晶模块，这一章我们将介绍 STM32的内部实时时钟（RTC）。在本章中，我们将使用ALIENTEK 2.8寸TFTLCD模块来显示日期和时间，实现一个简单的时钟。另外，本章将顺带向大家介绍BKP的使用。本章分为如下几个部分： 20.1 STM32 RTC 时钟简介 20.2 硬件设计 20.3 软件设计 20.4 下载验证   20.1 STM32 RTC 时钟简介 STM32 的实时时钟（RTC）是一个独立的定时器。STM32的RTC模块拥有一组连续计数的计数器，在相应软件配置下，可提供时钟日历的功能。修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期。 RTC 模块和时钟配置系统(RCC_BDCR寄存器)是在后备区域，即在系统复位或从待机模式唤醒后RTC的设置和时间维持不变。但是在系统复位后，会自动禁止访问后备寄存器和RTC，以防止对后备区域(BKP)的意外写操作。所以在要设置时间之前， 先要取消备份区域（BKP）写保护。 RTC 的简化框图，如图20.1.1所示：       图 20.1.1 RTC框图 RTC 由两个主要部分组成（参见图20.1.1），第一部分(APB1接口)用来和APB1总线相连。此单元还包含一组16位寄存器，可通过APB1总线对其进行读写操作。APB1接口由APB1总线时钟驱动，用来与APB1总线连接。 另一部分 (RTC核心)由一组可编程计数器组成，分成两个主要模块。第一个模块是RTC的预分频模块，它可编程产生1秒的RTC时间基准TR_CLK。RTC的预分频模块包含了一个20位的可编程分频器(RTC预分频器)。如果在RTC_CR寄存器中设置了相应的允许位，则在每个TR_CLK周期中RTC产生一个中断(秒中断)。第二个模块是一个32位的可编程计数器，可被初始化为当前的系统时间，一个32位的时钟计数器，按秒钟计算，可以记录4294967296秒，约合136年左右，作为一般应用，这已经是足够了的。 RTC 还有一个闹钟寄存器RTC_ALR，用于产生闹钟。系统时间按TR_CLK周期累加并与存储在RTC_ALR寄存器中的可编程时间相比较，如果RTC_CR控制寄存器中设置了相应允许位，比较匹配时将产生一个闹钟中断。 RTC 内核完全独立于RTC APB1接口，而软件是通过APB1接口访问RTC的预分频值、计数器值和闹钟值的。但是相关可读寄存器只在RTC APB1时钟进行重新同步的RTC时钟的上升沿被更新，RTC标志也是如此。这就意味着，如果APB1接口刚刚被开启之后，在第一次的内部寄存器更新之前，从APB1上都处的RTC寄存器值可能被破坏了（通常读到0）。因此，若在读取RTC寄存器曾经被禁止的RTC APB1接口，软件首先必须等待RTC_CRL寄存器的RSF位（寄存器同步标志位，bit3）被硬件置1。 接下来，我们介绍一下 RTC相关的几个寄存器。首先要介绍的是RTC的控制寄存器，RTC总共有2个控制寄存器RTC_CRH和RTC_CRL，两个都是16位的。RTC_CRH的各位描如图20.1.2所示：       图 20.1.2 RTC_CRH寄存器各位描述 该寄存器用来控制中断的，我们本章将要用到秒钟中断，所以在该寄存器必须设置最低位为 1，以允许秒钟中断。我们再看看RTC_CRL寄存器。该寄存器各位描述如图20.1.3所示：       图 20.1.3 RTC_CRL寄存器各位描述 本章我们用到的是该寄存器的 0、3~5这几个位，第0位是秒钟标志位，我们在进入闹钟中断的时候，通过判断这位来决定是不是发生了秒钟中断。然后必须通过软件将该位清零（写0）。第3位为寄存器同步标志位，我们在修改控制寄存器RTC_CRH/CRL之前，必须先判断该位，是否已经同步了，如果没有则等待同步，在没同步的情况下修改RTC_CRH/CRL的值是不行的。第4位为配置标位，在软件修改RTC_CNT/RTC_ALR/RTC_PRL的值的时候，必须先软件置位该位，以允许进入配置模式。第5位为RTC操作位，该位由硬件操作，软件只读。通过该位可以判断上次对RTC寄存器的操作是否完成，如果没有，我们必须等待上一次操作结束才能开始下一次操作。 第二个要介绍的寄存器是 RTC预分频装载寄存器，也有2个寄存器组成，RTC_PRLH和RTC_PRLL。这两个寄存器用来配置RTC时钟的分频数的，比如我们使用外部32.768K的晶振作为时钟的输入频率，那么我们要设置这两个寄存器的值为32767，以得到一秒钟的计数频率。RTC_PRLH的各位描述如图20.1.4所示：       图 20.1.4 RTC_PRLH寄存器各位描述 从图 20.1.4可以看出，RTC_PRLH只有低四位有效，用来存储PRL的19~16位。而PRL的前16位，存放在RTC_PRLL里面，寄存器RTC_PRLL的各位描述如图20.1.5所示：       图 20.1.5 RTC_PRLL寄存器各位描述 在介绍完这两个寄存器之后，我们介绍 RTC预分频器余数寄存器，该寄存器也有2个寄存器组成RTC_DIVH和RTC_DIVL，这两个寄存器的作用就是用来获得比秒钟更为准确的时钟，比如可以得到0.1秒，或者0.01秒等。该寄存器的值自减的，用于保存还需要多少时钟周期获得一个秒信号。在一次秒钟更新后，由硬件重新装载。这两个寄存器和RTC预分频装载寄存器的各位是一样的，这里我们就不列出来了。 接着要介绍的是 RTC最重要的寄存器，RTC计数器寄存器RTC_CNT。该寄存器由2个16位的寄存器组成RTC_CNTH和RTC_CNTL，总共32位，用来记录秒钟值（一般情况下）。此两个计数器也比较简单，我们也不多说了。注意一点，在修改这个寄存器的时候要先进入配置模式。 最后我们介绍 RTC部分的最后一个寄存器，RTC闹钟寄存器，该寄存器也是由2个16为的寄存器组成RTC_ALRH和RTC_ALRL。总共也是32位，用来标记闹钟产生的时间（以秒为单位），如果RTC_CNT的值与RTC_ALR的值相等，并使能了中断的话，会产生一个闹钟中断。该寄存器的修改也要进入配置模式才能进行。 因为我们使用到备份寄存器来存储 RTC的相关信息（我们这里主要用来标记时钟是否已经经过了配置），我们这里顺便介绍一下STM32的备份寄存器。 备份寄存器是 42个16位的寄存器（战舰开发板就是大容量的），可用来存储84个字节的用户应用程序数据。他们处在备份域里，当VDD电源被切断，他们仍然由VBAT维持供电。即使系统在待机模式下被唤醒，或系统复位或电源复位时，他们也不会被复位。 此外， BKP控制寄存器用来管理侵入检测和RTC校准功能，这里我们不作介绍。 复位后，对备份寄存器和 RTC的访问被禁止，并且备份域被保护以防止可能存在的意外的写操作。执行以下操作可以使能对备份寄存器和RTC的访问： 1 ）通过设置寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN位来打开电源和后备接口的时钟 2 ）电源控制寄存器(PWR_CR)的DBP位来使能对后备寄存器和RTC的访问。 我们一般用 BKP来存储RTC的校验值或者记录一些重要的数据，相当于一个EEPROM，不过这个EEPROM并不是真正的EEPROM，而是需要电池来维持它的数据。关于BKP的详细介绍请看《STM32参考手册》的第47页，5.1一节。 最后，我们还要介绍一下备份区域控制寄存器 RCC_BDCR。该寄存器的个位描述如图20.1.6所示：       图 20.1.6 RCC_ BDCR寄存器各位描述 RTC 的时钟源选择及使能设置都是通过这个寄存器来实现的，所以我们在RTC操作之前先要通过这个寄存器选择RTC的时钟源，然后才能开始其他的操作。 寄存器介绍就给大家介绍到这里了，我们下面来看看要经过哪几个步骤的配置才能使 RTC正常工作。RTC正常工作的一般配置步骤如下： 1 ）使能电源时钟和备份区域时钟。 前面已经介绍了，我们要访问 RTC和备份区域就必须先使能电源时钟和备份区域时钟。这个通过RCC_APB1ENR寄存器来设置。 2 ）取消备份区写保护。 要向备份区域写入数据，就要先取消备份区域写保护（写保护在每次硬复位之后被使能），否则是无法向备份区域写入数据的。我们需要用到向备份区域写入一个字节，来标记时钟已经配置过了，这样避免每次复位之后重新配置时钟。 3 ）复位备份区域，开启外部低速振荡器。 在取消备份区域写保护之后，我们可以先对这个区域复位，以清除前面的设置，当然这个操作不要每次都执行，因为备份区域的复位将导致之前存在的数据丢失，所以要不要复位，要看情况而定。然后我们使能外部低速振荡器，注意这里一般要先判断 RCC_BDCR的LSERDY位来确定低速振荡器已经就绪了才开始下面的操作。 4 ）选择RTC 时钟，并使能。 这里我们将通过 RCC_BDCR的RTCSEL来选择选择外部LSI作为RTC的时钟。然后通过RTCEN位使能RTC时钟。 5 ）设置RTC 的分频，以及配置RTC 时钟。 在开启了 RTC时钟之后，我们要做的就是设置RTC时钟的分频数，通过RTC_PRLH和RTC_PRLL来设置，然后等待RTC寄存器操作完成，并同步之后，设置秒钟中断。然后设置RTC的允许配置位（RTC_CRH的CNF位），设置时间（其实就是设置RTC_CNTH和RTC_CNTL两个寄存器）。 6 ）更新配置，设置RTC 中断。 在设置完时钟之后，我们将配置更新，这里还是通过 RTC_CRH的CNF来实现。在这之后我们在备份区域BKP_DR1中写入0X5050代表我们已经初始化过时钟了，下次开机（或复位）的时候，先读取BKP_DR1的值，然后判断是否是0X5050来决定是不是要配置。接着我们配置RTC的秒钟中断，并进行分组。 7 ）编写中断服务函数。 最后，我们要编写中断服务函数，在秒钟中断产生的时候，读取当前的时间值，并显示到 TFTLCD模块上。 通过以上几个步骤，我们就完成了对 RTC的配置，并通过秒钟中断来更新时间。接下来我们将进行下一步的工作。 20.2 硬件设计 本实验用到的硬件资源有： 指示灯 DS0 串口 TFTLCD 模块 RTC 前面 3个都介绍过了，而RTC属于STM32内部资源，其配置也是通过软件设置好就可以了。不过RTC不能断电，否则数据就丢失了，我们如果想让时间在断电后还可以继续走，那么必须确保开发板的电池有电（ALIENTEK战舰STM32开发板标配是有电池的）。 20.3 软件设计 打开上一章的工程，首先在 HARDWARE文件夹下新建一个RTC的文件夹。然后打开USER文件夹下的工程，新建一个rtc.c的文件和rtc.h的头文件，保存在RTC文件夹下，并将RTC文件夹加入头文件包含路径。 由于篇幅所限， rtc.c中的代码，我们不全部贴出了，这里针对几个重要的函数，进行简要说明，首先是RTC_Init，其代码如下：    // 实时时钟配置 // 初始化RTC时钟,同时检测时钟是否工作正常 //BKP-DR1 用于保存是否第一次配置的设置 // 返回0:正常 // 其他:错误代码 u8 RTC_Init(void) {        // 检查是不是第一次配置时钟        u8 temp=0;        if(BKP-DR1!=0X5050)// 第一次配置        {                  RCC-APB1ENR|=128;       // 使能电源时钟                       RCC-APB1ENR|=127;       // 使能备份时钟                       PWR-CR|=18;              // 取消备份区写保护               RCC-BDCR|=116;            // 备份区域软复位                   RCC-BDCR=~(116);         // 备份区域软复位结束                     RCC-BDCR|=10;            // 开启外部低速振荡器           while((!(RCC-BDCR0X02))temp250)// 等待外部时钟就绪               {                      temp++;                      delay_ms(10);               };               if(temp=250)return 1;                // 初始化时钟失败,晶振有问题                                              RCC-BDCR|=18;                  //LSI作为RTC时钟                        RCC-BDCR|=115;                 //RTC 时钟使能                    while(!(RTC-CRL(15)));     // 等待RTC寄存器操作完成            while(!(RTC-CRL(13)));     // 等待RTC寄存器同步            RTC-CRH|=0X01;                   // 允许秒中断            while(!(RTC-CRL(15)));     // 等待RTC寄存器操作完成               RTC-CRL|=14;                 // 允许配置                                 RTC-PRLH=0X0000;               RTC-PRLL=32767; // 时钟周期设置(有待观察,看是否跑慢了?)理论值：32767                        RTC_Set(2012,9,7,13,16,55);      //设置时间                     RTC-CRL=~(14);          // 配置更新               while(!(RTC-CRL(15)));    // 等待RTC寄存器操作完成                                                  BKP-DR1=0X5050;               printf("FIRST TIME\n");        }else// 系统继续计时        {            while(!(RTC-CRL(13)));     // 等待RTC寄存器同步            RTC-CRH|=0X01;                   // 允许秒中断            while(!(RTC-CRL(15)));     // 等待RTC寄存器操作完成               printf("OK\n");        }                                                     MY_NVIC_Init(0,0,RTC_IRQChannel,2); // 优先级设置            RTC_Get();// 更新时间        return 0; //ok }     该函数用来初始化RTC时钟，但是只在第一次的时候设置时间，以后如果重新上电/复位都不会再进行时间设置了（前提是备份电池有电），在第一次配置的时候，我们是按照上面介绍的RTC初始化步骤来做的，这里就不在多说了，这里我们设置时间是通过时间设置函数RTC_Set(2012,9,7,13,16,55);来实现的，这里我们默认将时间设置为2012年9月7日13点16分55秒。在设置好时间之后，我们向BKP-DR1写入标志字0X5050，用于标记时间已经被设置了。这样，再次发生复位的时候，该函数通过判断BKP-DR1的值，来决定是不是需要重新设置时间，如果不需要设置，则跳过时间设置，仅仅使能秒钟中断一下，就进行中断分组，然后返回了。这样不会重复设置时间，使得我们设置的时间不会因复位或者断电而丢失。 该函数还有返回值，返回值代表此次操作的成功与否，如果返回0，则代表初始化RTC成功，如果返回值非零则代表错误代码了。   详细内容和源码，见附件！  

    系统设计中，我们需要实时时钟来完成项目时，往往会选择一个RTC芯片来完成，这样的RTC芯片，基本上都是一个4位的MCU，被固化程序进去，现在成本很低，人民币2、3毛钱就可以买到，在系统中使用时，考虑的是如何解决供电，对上位机的要求，主要是符合某种通信协议的串行通信口。     但是，如果我们在一个系统中，上位机和实时时钟功能外，还需要一些简单的逻辑控制或者什么的，往往不得不再弄一个MCU上去，系统就复杂，对通信的要求也麻烦。     这里我有一种解决方法，采用一个简单的、低功耗的4位或者8位MCU，利用简单的通信功能，同复杂的上位机沟通，同时完成系统中需要的一些简单逻辑，待机控制，电源管理，甚至加密等，采用32768Hz的工作频率，不在MCU中间进行分钟小时日月年历等的计算、也不传输日历信息，只是从通电开始，就对秒计数。     如果我们用双字来计数，最大可以记录：FFFFFFFh秒=136年     通过简单的接口（比如遥控中断类似的传输），在需要时钟时，将计数值传递给上位机。     上位机在设定时间时，将设定的即时时间同当时的计数值进行配对锁定，然后，任何时候需要时钟，仅仅将即时计数值同锁定值比较，就能通过简单的计算，得到当时的时间，计算出星期、年、月、日、小时、分钟、秒等，或者通过简单的查表，计算出农历等信息。     这样，我们就可以通过简单的方法，简单的结构，实现实时时钟，并且完成更加多的逻辑功能。