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3.11 RTC实时时钟实验
前面两节我们介绍了两款液晶模块,这一节我们将介绍ALIENTEK MiniSTM32开发板的实时时钟(RTC)。本节将利用ALIENTEK 2.8’的TFTLCD模块来显示日期和时间,本节将顺带向大家介绍BKP的使用。本节分为如下几个部分: 3.11.1 STM32 RTC时钟简介 3.11.2 硬件设计 3.11.3 软件设计 3.11.4 下载与测试
3.11.1 STM32 RTC时钟简介 实时时钟(RTC)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)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由两个主要部分组成(见下图)。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总线接口。 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,它可编程产生最长为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。
图3.11.1.1 RTC简化框图 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的各位描如下图所示:
图3.11.1.2寄存器RTC_CRH各位描述 该寄存器用来控制中断的,我们这一节将要用到秒钟中断,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下图所示:
图3.11.1.3寄存器RTC_CRL各位描述 这一节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的各位描述如下:
图3.11.1.4寄存器RTC_PRLH各位描述 RTC_PRLL的各位描述如下:
图3.11.1.5寄存器RTC_PRLL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。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(大容量产品才有,我们的MiniSTM32开发板使用的是STM32F103RBT6,属于小容量产品,只有10个16为的寄存器),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。 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38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下:
图3.11.1.6寄存器RCC_ BDCR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过程。
3.11.2 硬件设计 这一节,我们使用TFTLCD模块作为输出显示,和上一节的电路完全一样,这里我们就不多说了,但是这里我们如果想让时间在断电后还可以继续走,那么必须确保ALIENTEK MiniSTM32的电池有电。ALIENTEK MiniSTM32开发板板都是配电池的,这颗电池理论上可以使用16年,足够使用的了
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