RTC实时时钟实验（上）

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前言

前面我们介绍了两款液晶模块（https://blog.csdn.net/qq_39321234/article/details/124081015
https://blog.csdn.net/qq_39321234/article/details/123822833
），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：
1 STM32 RTC 时钟简介
2 硬件设计
3 软件设计

2和3会在下讲解

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一、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，如图所示：

RTC 由两个主要部分组成（参见上图），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 上读取的 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 的各位描述如图所示：

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所示：

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 的各位描述如图所示：

从图中可以看出，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 的各位描述如图所示：

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）。这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（Mini 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。
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所示：

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，这里我们将对每个步骤通过库函数的实现方式来讲解。

RTC 相关的库函数在文件 stm32f10x_rtc.c 和 stm32f10x_rtc.h 文件中，BKP 相关的库函数在文件 stm32f10x_bkp.c 和文件 stm32f10x_bkp.h 文件中。

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。

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);

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。取消备份区域写保护的库函数实现方法是：

PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能 RTC 和后备寄存器访问

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。
备份区域复位的函数是：

BKP_DeInit();//复位备份区域

开启外部低速振荡器的函数是：

RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);// 开启外部低速振荡器 

4 ）选择 RTC 时钟，并使能。
这里我们将通过 RCC_BDCR 的 RTCSEL 来选择外部 LSI 作为 RTC 的时钟。然后通过
RTCEN 位使能 RTC 时钟。
库函数中，选择 RTC 时钟的函数是：

RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //选择 LSE 作为 RTC 时钟

对于 RTC 时钟的选择，还有 RCC_RTCCLKSource_LSI 和 RCC_RTCCLKSource_HSE_Div128两个，顾名思义，前者为 LSI，后者为 HSE 的 128 分频。
使能 RTC 时钟的函数是：

RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //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）。

下面我们讲解这些步骤用到的库函数：
在进行 RTC 配置之前首先要打开允许配置位(CNF)，库函数是：

RTC_EnterConfigMode();/// 允许配置

在配置完成之后，千万别忘记更新配置同时退出配置模式，函数是：

RTC_ExitConfigMode();//退出配置模式，更新配置

设置 RTC 时钟分频数，库函数是：

void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);

这个函数只有一个入口参数，就是 RTC 时钟的分频数，很好理解。
然后是设置秒中断允许，RTC 使能中断的函数是：

void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState)；

这个函数的第一个参数是设置秒中断类型，这些通过宏定义定义的。对于使能秒中断方法是：

RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE); //使能 RTC 秒中断

下一步便是设置时间了，设置时间实际上就是设置 RTC 的计数值，时间与计数值之间是需要换算的。库函数中设置 RTC 计数值的方法是：

void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue)

最后在配置完成之后，通过这个函数直接设置 RTC 计数值。
6 ）更新配置，设置 RTC 中断分组。
在设置完时钟之后，我们将配置更新同时退出配置模式，这里还是通过 RTC_CRH 的 CNF来实现。库函数的方法是：
RTC_ExitConfigMode();//退出配置模式，更新配置
在退出配置模式更新配置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。
往备份区域写用户数据的函数是：

void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data)；

这个函数的第一个参数就是寄存器的标号了，这个是通过宏定义定义的。比如我们要往
BKP_DR1 写入 0x5050，方法是：

BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5050);

同时，有写便有读，读取备份区域指定寄存器的用户数据的函数是：

uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR)；

这个函数就很好理解了，这里不做过多讲解。
设置中断分组的方法之前已经详细讲解过，调用 NVIC_Init 函数即可，这里不做重复讲解。
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。

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