《STM32中文参考手册V10》-第16章 实时时钟(RTC)
RTC实时时钟
RTC实时时钟简介
实时时钟是一个独立的定时器。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)处于后备区域,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。
BKP备份寄存器简介
备份寄存器是42个16位的寄存器,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。当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。在本文中,使用备份寄存器来存储RTC的相关信息(标记时钟是否已经经过了配置)。
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。
- 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;
- 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。
RTC实时时钟的主要特征
- 可编程的预分频系数:分频系数最高为220;
- 32位的可编程计数器,可用于较长时间段的测量;
- 2个分离的时钟:用于APB1接口的PCLK1和RTC时钟(RTC时钟的频率必须小于PCLK1时钟频率的四分之一以上);
- 可以选择以下三种RTC的时钟源:
- HSE时钟除以128;
- LSE振荡器时钟;
- LSI振荡器时钟;
- 2个独立的复位类型:
- APB1接口由系统复位;
- RTC核心(预分频器、闹钟、计数器和分频器)只能由后备域复位;
- 3个专门的可屏蔽中断:
- 闹钟中断,用来产生一个软件可编程的闹钟中断;
- 秒中断,用来产生一个可编程的周期性中断信号(最长可达1秒);
- 溢出中断,指示内部可编程计数器溢出并回转为0的状态。
RTC工作原理
RTC工作原理框图
由工作框图可以看出,RTC由两部分组成:
- APB1接口:用来和APB1总线相连。通过APB1接口可以访问RTC的相关寄存器(预分频值,计数器值,闹钟值)。
- RTC核心:由一组可编程计数器组成,分两个主要模块:
- RTC预分频模块,它可以编程产生最长1秒的RTC时间基TR_CLK。如果设置了秒中断允许位,可以产生秒中断;
- 32位的可编程计数器,可被初始化为当前时间。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,当匹配时候如果设置了闹钟中断允许位,可以产生闹钟中断;如果溢出,可以产生溢出中断。
复位过程
- 除了RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器外,所有的系统寄存器都由系统复位或电源复位进行异步复位。
- RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器仅能通过备份域复位信号复位。
读RTC寄存器
RTC内核完全独立于APB1接口,软件通过APB1接口对RTC相关寄存器访问。但是相关寄存器只在RTC APB1时钟进行重新同步的RTC时钟的上升沿被更新。所以软件必须先等待寄存器同步标志位(RTC_CRL的RSF位)被硬件置1才读。
这意味着,如果APB1接口曾经被关闭,而读操作又是在刚刚重新开启APB1之后,则在第一次的内部寄存器更新之前,从APB1上读出的RTC寄存器数值可能被破坏了(通常读到0)。简单地讲,在APB1接口被禁止(复位、无时钟或断电)的情况下,RTC核仍保持运行状态。接着,重新打开APB1接口,此时必须等待RTC_CRL寄存器中的RSF位(寄存器同步标志)被硬件置1,同步之后,读RTC寄存器的值才不会有误。
因此,若在读取RTC寄存器时,RTC的APB1接口曾经处于禁止状态,则软件首先必须等待RTC_CRL寄存器的RSF位被硬件置1。
写RTC寄存器
必须设置RTC_CRL寄存器中的CNF位,使RTC进入配置模式后,才能写入RTC_PRL、RTC_CNT、RTC_ALR寄存器。
另外,对RTC任何寄存器的写操作,都必须在前一次写操作结束后进行。可以通过查询RTC_CR寄存器中的RTOFF状态位,判断RTC寄存器是否处于更新中。仅当RTOFF状态位是1时,才可以写入RTC寄存器。
RTC相关配置寄存器
RTC控制寄存器高位(RTC_CRH)
作用:配置3个专门的可屏蔽中断(溢出中断、闹钟中断、秒中断)使能。
RTC控制寄存器低位(RTC_CRL)
作用:RTC操作是否完成判断、配置模式判断、寄存器同步判断、3个中断的标志位。
这个寄存器尤其重要(尤其是位5、位4、位3):
- 写任何寄存器之前,必须判断上一次写操作已经结束,也就是判断RTOFF位是否置1;
- 写CNT、ALR、PRL寄存器,必须先配置CNF位进入配置模式,修改完之后,设置CNF位为0退出配置模式;
- 读任何寄存器,必须先判断RSF位,确定已经同步。
RTC预分频装载寄存器(RTC_PRLH、RTC_PRLL)
作用:配置RTC预分频装载值,这个值是20bit长度。
根据这个寄存器的值可以确定,TR_CLK和RTCCLK之间的关系公式:
fTR_CLK=fRTCCLK/(PRL+1)
如果输入时钟频率是32.768kHz(fRTCCLK,也就是以LSE作为时钟源),这个寄存器中写入7FFFh(32767)可获得周期为1秒钟的信号。
RTC预分频器余数寄存器(RTC_DIVH、RTC_DIVL)
作用:获得预分频计数器的当前值,也就是从RTC预分频装载寄存器倒数到0之间的一个值(以RTCCLK为时钟)。
RTC计数器寄存器(RTC_CNTH、RTC_CNTL)
作用:存放计数器内的计数值(以TR_CLK为时钟)。
注意:由于RTC预分频器余数寄存器以RTCCLK为时钟,而RTC计数器寄存器以TR_CLK为时钟,而RTCCLK的时钟通常远远大于TR_CLK,所以利用RTC预分频器余数寄存器可以获得更准确的控制。比如,RTC计数器寄存器存储当前时间,精确到秒;但是利用由于RTC预分频器余数寄存器,可以在RTC预分频装载寄存器倒数到0的平均数处停下,从而达到0.5秒的更精确时间。
RTC闹钟寄存器(RTC_ALRH、RTC_ALRL)
作用:当RTC计数器寄存器的值与RTC闹钟寄存器的值相等的时候,触发一个闹钟事件,产生一个闹钟中断。
读写RTC寄存器的步骤
读RTC寄存器
- 查询RSF位(寄存器同步标志位),直至RSF的值变成1;
- 对一个或多个RTC寄存器进行读操作。
写RTC寄存器
- 查询RTOFF位(RTC操作关闭位),直到RTOFF的值变为1 ;
- 置CNF位(配置标志位)值为1,进入配置模式(仅仅PRL、CNT、ALR寄存器);
- 对一个RTC寄存器进行写操作;
- 清除CNF标志位,退出配置模式(仅仅PRL、CNT、ALR寄存器);
- 查询RTOFF,直至RTOFF位变为1以确认写操作已经完成。
也就是说:对寄存器的写操作,无论是设置中断使能等等,每操作一次就需要查询一次RTOFF位。而对于PRL、CNT、ALR寄存器,还需要进入配置模式,这个就没有必要每操作一次就退出配置模式,可以等都配置完成了再退出。
RTC相关配置库函数
- 2个时钟源操作函数
void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t RCC_RTCCLKSource); void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState);
作用:确定RTC的时钟源,使能RTC时钟(通常选用LSE时钟源)。
- 3个参数配置函数
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue); void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue); void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue);
作用:配置预分频装载寄存器的值、计数器的值、闹钟配置。
- 1个中断配置函数
void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState);
作用:配置RTC中断的选择和使能。
- 2个配置模式函数
void RTC_EnterConfigMode(void); void RTC_ExitConfigMode(void);
作用:前者允许RTC配置,后者退出配置模式。
- 2个同步函数
void RTC_WaitForLastTask(void); void RTC_WaitForSynchro(void);
作用:前者等待上次操作完成(CRL寄存器的RTOFF位),后者等待时钟同步(CRL寄存器的RSF位)。
- 4个状态位函数
FlagStatus RTC_GetFlagStatus(uint16_t RTC_FLAG); void RTC_ClearFlag(uint16_t RTC_FLAG); ITStatus RTC_GetITStatus(uint16_t RTC_IT); void RTC_ClearITPendingBit(uint16_t RTC_IT);
作用:前两者获取(或清除)状态标志位,后两者为获取(或清除)中断状态标志位。
- 其他的相关函数
void PWR_BackupAccessCmd(FunctionalState NewState); void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState); void RCC_LSEConfig(uint8_t RCC_LSE);
作用:第一个函数使能BKP后备区域访问使能,第二个函数使能PWR和BKP时钟,第三个函数开启LSE时钟(这里为什么使用这几个函数?是在上文:BKP备份寄存器简介中讲到)。
void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data); uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR);
作用:上面的PWR_BackupAccessCmd()函数使能BKP后备区域使能之后,就可以通过这两个函数来读BKP的寄存器,写BKP的寄存器。
RTC一般步骤
- 使能PWR和BKP时钟。调用函数:RCC_APB1PeriphClockCmd();
- 使能后备寄存器访问。调用函数:PWR_BackupAccessCmd();
- 配置RTC时钟源,使能RTC时钟。调用函数:RCC_RTCCLKConfig();RCC_RTCCLKCmd();
- 如果使用LSE,要打开LSE:RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);
- 设置RTC预分频系数。调用函数:RTC_SetPrescaler();
- 设置时间。调用函数:RTC_SetCounter();
- 开启相关中断(如果需要)。调用函数:RTC_ITConfig();
- 编写中断服务函数。调用函数:RTC_IRQHandler();
- 部分操作要等待写操作完成和同步。调用函数:RTC_WaitForLastTask();RTC_WaitForSynchro()。
下面按照这个一般步骤来进行一个简单的RTC程序:
//时间结构体 typedef struct { vu8 hour; vu8 min; vu8 sec; //公历日月年周 vu16 w_year; vu8 w_month; vu8 w_date; vu8 week; }_calendar_obj;
_calendar_obj calendar;//时钟结构体 static void RTC_NVIC_Config(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = RTC_IRQn; //RTC全局中断 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //先占优先级1位,从优先级3位 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //先占优先级0位,从优先级4位 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能该通道中断 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器 } //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; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE); //使能PWR和BKP外设时钟 PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能后备寄存器访问 if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0x5050) //从指定的后备寄存器中读出数据:读出了与写入的指定数据不相乎 { BKP_DeInit(); //复位备份区域 RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON); //设置外部低速晶振(LSE),使用外设低速晶振 while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET&&temp<250) //检查指定的RCC标志位设置与否,等待低速晶振就绪 { temp++; delay_ms(10); } if(temp>=250)return 1;//初始化时钟失败,晶振有问题 RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //设置RTC时钟(RTCCLK),选择LSE作为RTC时钟 RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //使能RTC时钟 RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成 RTC_WaitForSynchro(); //等待RTC寄存器同步 RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE); //使能RTC秒中断 RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成 RTC_EnterConfigMode();/// 允许配置 RTC_SetPrescaler(32767); //设置RTC预分频的值 RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成 RTC_Set(2015,1,14,17,42,55); //设置时间 RTC_ExitConfigMode(); //退出配置模式 BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5050); //向指定的后备寄存器中写入用户程序数据 } else//系统继续计时 { RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成 RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE); //使能RTC秒中断 RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成 } RTC_NVIC_Config();//RCT中断分组设置 RTC_Get();//更新时间 return 0; //ok } //RTC时钟中断 //每秒触发一次 //extern u16 tcnt; void RTC_IRQHandler(void) { if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_SEC) != RESET)//秒钟中断 { RTC_Get();//更新时间 } if(RTC_GetITStatus(RTC_IT_ALR)!= RESET)//闹钟中断 { RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_ALR); //清闹钟中断 RTC_Get(); //更新时间 printf("Alarm Time:%d-%d-%d %d:%d:%d\n",calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date,calendar.hour,calendar.min,calendar.sec);//输出闹铃时间 } RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_SEC|RTC_IT_OW); //清闹钟中断 RTC_WaitForLastTask(); } //判断是否是闰年函数 //月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 //闰年 31 29 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 //非闰年 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31 //输入:年份 //输出:该年份是不是闰年.1,是.0,不是 u8 Is_Leap_Year(u16 year) { if(year%4==0) //必须能被4整除 { if(year%100==0) { if(year%400==0)return 1;//如果以00结尾,还要能被400整除 else return 0; }else return 1; }else return 0; } //设置时钟 //把输入的时钟转换为秒钟 //以1970年1月1日为基准 //1970~2099年为合法年份 //返回值:0,成功;其他:错误代码. //月份数据表 u8 const table_week[12]={0,3,3,6,1,4,6,2,5,0,3,5}; //月修正数据表 //平年的月份日期表 const u8 mon_table[12]={31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31}; u8 RTC_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec) { u16 t; u32 seccount=0; if(syear<1970||syear>2099)return 1; for(t=1970;t<syear;t++) //把所有年份的秒钟相加 { if(Is_Leap_Year(t))seccount+=31622400;//闰年的秒钟数 else seccount+=31536000; //平年的秒钟数 } smon-=1; for(t=0;t<smon;t++) //把前面月份的秒钟数相加 { seccount+=(u32)mon_table[t]*86400;//月份秒钟数相加 if(Is_Leap_Year(syear)&&t==1)seccount+=86400;//闰年2月份增加一天的秒钟数 } seccount+=(u32)(sday-1)*86400;//把前面日期的秒钟数相加 seccount+=(u32)hour*3600;//小时秒钟数 seccount+=(u32)min*60; //分钟秒钟数 seccount+=sec;//最后的秒钟加上去 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE); //使能PWR和BKP外设时钟 PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能RTC和后备寄存器访问 RTC_SetCounter(seccount); //设置RTC计数器的值 RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成 return 0; } //初始化闹钟 //以1970年1月1日为基准 //1970~2099年为合法年份 //syear,smon,sday,hour,min,sec:闹钟的年月日时分秒 //返回值:0,成功;其他:错误代码. u8 RTC_Alarm_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec) { u16 t; u32 seccount=0; if(syear<1970||syear>2099)return 1; for(t=1970;t<syear;t++) //把所有年份的秒钟相加 { if(Is_Leap_Year(t))seccount+=31622400;//闰年的秒钟数 else seccount+=31536000; //平年的秒钟数 } smon-=1; for(t=0;t<smon;t++) //把前面月份的秒钟数相加 { seccount+=(u32)mon_table[t]*86400;//月份秒钟数相加 if(Is_Leap_Year(syear)&&t==1)seccount+=86400;//闰年2月份增加一天的秒钟数 } seccount+=(u32)(sday-1)*86400;//把前面日期的秒钟数相加 seccount+=(u32)hour*3600;//小时秒钟数 seccount+=(u32)min*60; //分钟秒钟数 seccount+=sec;//最后的秒钟加上去 //设置时钟 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE); //使能PWR和BKP外设时钟 PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能后备寄存器访问 //上面三步是必须的! RTC_SetAlarm(seccount); RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成 return 0; } //得到当前的时间 //返回值:0,成功;其他:错误代码. u8 RTC_Get(void) { static u16 daycnt=0; u32 timecount=0; u32 temp=0; u16 temp1=0; timecount=RTC_GetCounter(); temp=timecount/86400; //得到天数(秒钟数对应的) if(daycnt!=temp)//超过一天了 { daycnt=temp; temp1=1970; //从1970年开始 while(temp>=365) { if(Is_Leap_Year(temp1))//是闰年 { if(temp>=366)temp-=366;//闰年的秒钟数 else {temp1++;break;} } else temp-=365; //平年 temp1++; } calendar.w_year=temp1;//得到年份 temp1=0; while(temp>=28)//超过了一个月 { if(Is_Leap_Year(calendar.w_year)&&temp1==1)//当年是不是闰年/2月份 { if(temp>=29)temp-=29;//闰年的秒钟数 else break; } else { if(temp>=mon_table[temp1])temp-=mon_table[temp1];//平年 else break; } temp1++; } calendar.w_month=temp1+1; //得到月份 calendar.w_date=temp+1; //得到日期 } temp=timecount%86400; //得到秒钟数 calendar.hour=temp/3600; //小时 calendar.min=(temp%3600)/60; //分钟 calendar.sec=(temp%3600)%60; //秒钟 calendar.week=RTC_Get_Week(calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date);//获取星期 return 0; } //获得现在是星期几 //功能描述:输入公历日期得到星期(只允许1901-2099年) //输入参数:公历年月日 //返回值:星期号 u8 RTC_Get_Week(u16 year,u8 month,u8 day) { u16 temp2; u8 yearH,yearL; yearH=year/100; yearL=year%100; // 如果为21世纪,年份数加100 if (yearH>19)yearL+=100; // 所过闰年数只算1900年之后的 temp2=yearL+yearL/4; temp2=temp2%7; temp2=temp2+day+table_week[month-1]; if (yearL%4==0&&month<3)temp2--; return(temp2%7); }
int main(void) { u8 t=0; delay_init(); //延时函数初始化 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2:2位抢占优先级,2位响应优先级 uart_init(115200); //串口初始化为115200 LED_Init(); //LED端口初始化 LCD_Init(); usmart_dev.init(SystemCoreClock/1000000); //初始化USMART RTC_Init(); //RTC初始化 POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色 LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"WarShip STM32"); LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"RTC TEST"); LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK"); LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2015/1/14"); //显示时间 POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色 LCD_ShowString(60,130,200,16,16," - - "); LCD_ShowString(60,162,200,16,16," : : "); while(1) { if(t!=calendar.sec) { t=calendar.sec; LCD_ShowNum(60,130,calendar.w_year,4,16); LCD_ShowNum(100,130,calendar.w_month,2,16); LCD_ShowNum(124,130,calendar.w_date,2,16); switch(calendar.week) { case 0: LCD_ShowString(60,148,200,16,16,"Sunday "); break; case 1: LCD_ShowString(60,148,200,16,16,"Monday "); break; case 2: LCD_ShowString(60,148,200,16,16,"Tuesday "); break; case 3: LCD_ShowString(60,148,200,16,16,"Wednesday"); break; case 4: LCD_ShowString(60,148,200,16,16,"Thursday "); break; case 5: LCD_ShowString(60,148,200,16,16,"Friday "); break; case 6: LCD_ShowString(60,148,200,16,16,"Saturday "); break; } LCD_ShowNum(60,162,calendar.hour,2,16); LCD_ShowNum(84,162,calendar.min,2,16); LCD_ShowNum(108,162,calendar.sec,2,16); LED0=!LED0; } delay_ms(10); }; }
STM32控制程序分析
RTC_Init()函数:RTC初始化函数。
按照之前的RTC一般步骤初始化RTC函数,这里需要注意的是,为了区分是否是第一次执行RTC_Init()函数,这里使用了一个flag(向BKP_DR1寄存器写入0x5050,当然写入其他的数字也都是可以的)。
if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0x5050) //从指定的后备寄存器中读出数据:读出了与写入的指定数据不相乎 { //第一次执行RTC_Init BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5050); //向指定的后备寄存器中写入用户程序数据 } else//系统继续计时 { //不是第一次执行RTC_Init }
为什么要区分是否第一次执行RTC_Init呢?因为如果由于断电等因素,程序中断,但是RTC时钟却还是在执行中;等恢复供电,重新启动程序,这个时候就不需要再对RTC时钟进行初始化了。
同时,设置外部低速晶振(LSE),使用外设低速晶振。需要检查指定的RCC标志位设置与否,等待低速晶振就绪。
这里时间的设置是:距离1970年1月1日0点0分0秒的时间距离。其中,RTC_Get()、RTC_Set()等函数的内容涉及到时间距离转换的各种算法,就不在本文的讨论范围了。