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2013-1-28 19:56
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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!