STM32 RTC实时时钟学习总结

news2024/9/28 18:17:22

STM32 RTC实时时钟学习总结

写于2024/9/25下午

文章目录

STM32 RTC实时时钟学习总结
- 1. 简介
- 2. 流程框图介绍
- 3. 相关寄存器介绍
- 4. 代码解析

1. 简介

STM32F103 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，在相对应的软件配置下，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的当前时间和日期。

RTC时钟最大的特点就是，可以用作实时时钟。因为普通定时器在MCU掉电后无法运行，而RTC可以通过后备电源供电使其保持运行。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，只要后备区域供电正常，那么 RTC 将可以一直运行。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。

2. 流程框图介绍

框图中浅灰色的部分，他们是属于备份域的，在 VDD掉电时可在 VBAT 的驱动下继续工作，这部分包括 RTC 的分频器，计数器以及闹钟控制器。

① APB1接口:用来和 APB1 总线相连。通过 APB1 总线可以访问 RTC 相关的寄存器，对其进行读写操作。

可以看到，APB1接口的时钟来源于PCLK1，而RTC时钟来源与RTCCLK，二者时钟来源不同，频率也不同

RTC时钟来源为LSE(外部低速晶振)，LSI(内部低速晶振)，以及HSE/128(外部高速晶振的128分频)。

② RTC核心 ：由一组可编程计数器组成，主要分成两个模块。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 的预分频模块包括了一个 20 位的可编程分频器RTC_PRL。如果在 RTC_CR 寄存器中设置相对应的允许位，则在每个TR_CLK 周期中 RTC 产生一个中断(秒中断)。

RTC_PRL：预分频装载寄存器
RTC_DIV：预分频器余数寄存器

第二个模块是一个 32 位的可编程计数器RTC_CNT，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，作为一般应用足够了。

RTC_CNT：计数器寄存器
RTC_ALR：闹钟寄存器

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。

下面来简述一下RTC的工作流程

首先，在初始化时候,我们将取消备份区域（BKP）写保护，然后通过APB1总线向DIV和PRL装载同样的数。RTCCLK频率为32.768kHz(LSE)，来驱动DIV工作，DIV为自减寄存器。当DIV减少到0时，会产生一个TR_CLK信号，该信号会触发三件事情：

①将PRL的数重装在到DIV中；

②触发CNT计数器+1；

③触发SECF，进而产生秒中断。

我们会设置一个合理的预分频数，使得TR_CLK触发时间刚好是1s。ALR中存储的是我们设置的闹钟秒数，当CNT和ALR中的数据相同时，就会触发闹钟中断或者闹钟唤醒。（关于CNT和ALR中存放的数据，为时间戳。）

那么1s的时间如何计算？
fTR_CLK = fRTCCLK/(PRL[19:0]+1)
我们的RTC_CLK为32.768kHz，所以只要PRL中写入32767即可，即为2的15次方。
我们只需要在PRL的低16位寄存器中写入0x7FFF即可，就能获得每秒一次的TR_CLK信号。

DIV寄存器存在的意义？
从上述能知道TR_CLK输出必须为1s。那么我们想要的到0.15s，应该怎么实现呢？
道理很简单，因为DIV是自减的，并且从32768一直减少到0，所需要的时间为1s。所以减少一个数，所用的时间为1/32768s，那么减少多少个数，就计时了0.15s呢？
1/32768s * n = 0.15
n = 0.15 * 32768
又因为DIV寄存器是可读的，所以我们就能实现0.15s的计时。

从框图中，还可以看到，只有秒中断和闹钟中断能触发中断，溢出是没有中断的。

3. 相关寄存器介绍

RTC控制寄存器（RTC_CRH/CRL）

RTC 控制寄存器共有两个控制寄存器 RTC_CRH 和 RTC_CRL，两个都是 16 位的。

RTC 控制寄存器高位 RTC_CRH，描述如图 27.1.2.1 所示：

RTC 控制寄存器低位 RTC_CRL，描述如图 27.1.2.2 所示：

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（写零）。

第 3 位为寄存器同步标志位，我们在修改控制寄存器RTC_CRH/RTC_CRL 之前，必须先判断该位，是否已经同步了，如果没有则需要等待同步，在没同步的情况下修改 RTC_CRH/RTC_CRL 的值是不行的。

第 4 位为配置标志位，在软件修改RTC_CNT/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。

备份数据寄存器（BKP_DRx）

可以把它看作是一个EEPROM，掉电不丢失的存储器。

DRx的x（x=1…10）什么意思呢？就是有10个这样的16位寄存器。
例如，RTC程序中，我们向DR1写入0x5050，开机检测是否已经配置过RTC

备份区域控制寄存器（RCC_BDCR）

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。

4. 代码解析

/**
 * @brief       RTC写入后备区域SRAM
 * @param       bkrx : 后备区寄存器编号,范围:0~41
      			对应 RTC_BKP_DR1~RTC_BKP_DR42
 * @param       data : 要写入的数据,16位长度
 * @retval      无
 */
void rtc_write_bkr(uint32_t bkrx, uint16_t data)
{
    HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); /* 取消备份区写保护 */
    HAL_RTCEx_BKUPWrite(&g_rtc_handle, bkrx + 1, data);
}

/**
 * @brief       RTC读取后备区域SRAM
 * @param       bkrx : 后备区寄存器编号,范围:0~41
                对应 RTC_BKP_DR1~RTC_BKP_DR42
 * @retval      读取到的值
 */
uint16_t rtc_read_bkr(uint32_t bkrx)
{
    uint32_t temp = 0;
    temp = HAL_RTCEx_BKUPRead(&g_rtc_handle, bkrx + 1);
    return (uint16_t)temp; /* 返回读取到的值 */
}
RTC_HandleTypeDef g_rtc_handle; /* RTC控制句柄 */
uint8_t rtc_init(void)
{
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); //使能电源时钟
    __HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE(); //使能后备区域时钟
    HAL_PWR_EnableBkUpAccess();	//取消备份区写保护
    
    g_rtc_handle.Instance = RTC;
    g_rtc_handle.Init.AsynchPrediv = 32767;
    g_rtc_handle.Init.OutPut = RTC_OUTPUTSOURCE_NONE;
    HAL_RTC_Init(&g_rtc_handle);//初始化RTC时钟，预分频值设为32767，TAMPER引脚输出为空
    
    if (rtc_read_bkr(0) != 0x8888) //如果没配置过RTC，初次设置RTC起始时间
    {
        rtc_set_time(2088, 8, 8, 8, 8, 8);
        rtc_write_bkr(0, 0x8888);
    }
    
    return 0;
}
void HAL_RTC_MspInit(RTC_HandleTypeDef *hrtc) //初始化RTC
{
    __HAL_RCC_RTC_ENABLE();  //使能RTC时钟
    
    RCC_OscInitTypeDef rcc_oscinitstruct;
    RCC_PeriphCLKInitTypeDef rcc_periphclkinitstruct;
    
    rcc_oscinitstruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSE;
    rcc_oscinitstruct.LSEState = RCC_LSE_ON;
    rcc_oscinitstruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
    HAL_RCC_OscConfig(&rcc_oscinitstruct);  //激活LSE时钟
    
    rcc_periphclkinitstruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_RTC;
    rcc_periphclkinitstruct.RTCClockSelection = RCC_RTCCLKSOURCE_LSE;
    HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&rcc_periphclkinitstruct); //RTC选择LSE作为时钟源

}

main.c

#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./USMART/usmart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/RTC/rtc.h"

int main(void)
{
    HAL_Init();                             /* 初始化HAL库 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */
    delay_init(72);                         /* 延时初始化 */
    usart_init(115200);                     /* 串口初始化为115200 */
    usmart_dev.init(72);                    /* 初始化USMART */
    led_init();                             /* 初始化LED */
    rtc_init();
    
    while (1)
    {
        rtc_get_time();
        printf("Date:%04d-%02d-%02d ", calendar.year, calendar.month, calendar.date);
        printf("Time:%02d:%02d:%02d \r\n", calendar.hour, calendar.min, calendar.sec);
        delay_ms(1000);
    }
}