<span class="postbody" id="post_body_65836">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：
1）  指示灯DS0
2）  串口
3）  TFTLCD模块
4）  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
       {    

<span lang="EN-US">             RCC->APB1ENR|=1

挺好的。