细说STM32F407单片机RTC的备份寄存器原理及使用方法

news2025/2/15 11:29:12

目录

一、备份寄存器的功能

二、示例功能

三、项目设置

1、晶振、DEBUG、CodeGenerator、USART6

2、RTC

3、NVIC 

4、GPIO 及KEYLED

四、软件设计

1、main.h

2、main.c

3、rtc.c

4、keyled.c、keyled.h

五、运行调试

        本实例旨在介绍备份寄存器的作用。本实例继续使用旺宝红龙开发板STM32F407ZGT6 KIT V1.0。本实例将引用本文作者写的其他文章作为参考文献。

        参考项目：细说STM32F407单片机RTC的基本原理及闹钟和周期唤醒功能的使用方法-CSDN博客  https://wenchm.blog.csdn.net/article/details/145575366

一、备份寄存器的功能

        STM32F407的RTC有20个32位的备份寄存器，寄存器名称为RTC_BKP0R~RTC_BKP19R。这些备份寄存器由备用电源VBAT供电，在系统复位或主电源关闭时，只要VBAT有电，备份寄存器的内容就不会丢失。所以，备份寄存器可以用来存储一些用户数据。

        文件stm32f4xx_hal_rtc_ex.h中有读写备份寄存器的功能函数，其原型定义如下：

uint32_t HAL_RTCEx_BKUPRead(RTC_HandleTypeDef *hrtc,uint32_t BackupReg);
void HAL_RTCEx_BKUPWrite(RTC_HandleTypeDef *hrtc,uint32_t BackupReg,uint32_t Data);

        其中，参数BackupReg是备份寄存器编号，文stm32f4xx_hal_rtc_ex.h定义了20个备份寄存器编号的宏，定义如下：

#define RTC_BKP_DR0		0x00000000U
#define RTC_BKP_DR1		0x00000001U
/*省略了中间的定义代码*/
#define RTC_BKP_DR18	0x00000012U
#define RTC_BKP_DR19	0x00000013U

        RTC也可以由VBAT供电，在系统复位或主电源关闭时，RTC的日历不受影响。但是在参考项目中，因为在系统复位时调用了RTC初始化函数MX_RTC_Init()，而这个函数总是设置RTC的日期和时间，所以复位后，RTC的日期时间又从CubeMX里设置的初始日期时间开始了。

        可以使用备份寄存器对参考项目进行修改，使得系统在复位时不再自动设置RTC的初始日期时间，而是由备份寄存器RTC_BKP_DR0的内容决定，而且可以把RTC当前时间保存到备份寄存器。

二、示例功能

        本实例，将设计一个示例，演示备份寄存器的使用。示例具有如下的功能和操作流程。

  • 在RTC初始化函数MX_RTC_Init()中增加代码，读取备份寄存器RTC_BKP_DR0的内容，如果值为0，就设置RTC为初始时间和日期，如果值为1，就不设置RTC的日期和时间。
  • 在程序运行时，可以修改保存到备份寄存器RTC_BKP_DR0的值，可以保存0或1。
  • 将RTC当前时间的时、分、秒数据保存到RTC_BKP_DR2到RTC_BKP_DR4的3个寄存器里。RTC_BKP_DR1里的值为1时，表示保存了RTC时间。
  • 读取备份寄存器RTC_BKP_DR0到RTC_BKP_DR4的内容，显示到串口助手上。
  • 使用RTC周期唤醒中断，唤醒中断周期1s，在唤醒中断里读取时间后在串口助手上显示。本示例还用到4个按键和2个LED，所以继续引用作者发布的其它参考项目中的KEYLED文件中的程序文件。
  • 菜单设计：
[S2]KeyUp   = Reset RTC time on startup.    //按下S2键，用初始时间重置RTC
[S3]KeyDown = Read BKUP registers.          //按下S3键，读取备份寄存器
[S4]KeyLeft = Save current time to BKUP.    //按下S4键，把当前时间保存到RTC备份寄存器
[S5]KeyRight= Change RTC time from BKUP.    //按下S5键，用备份寄存器存储的时间重置RTC时间

三、项目设置

1、晶振、DEBUG、CodeGenerator、USART6

        与参考文章相同。 

2、RTC

        在RTC的模式设置中，启用时钟源和日历，设置WakeUp模式为Internal WakeUp。在参数设置部分，设置数据格式为Binary data format,设置唤醒时钟为1Hz信号，唤醒周期数为0，这样就会每秒产生一次唤醒中断。

3、NVIC 

        在NVIC中开启周期唤醒中断，设置RTC抢占优先级为1。

4、GPIO 及KEYLED

        4个按键和2个LED。引用文件夹KEYLED的方法请参考本文作者发布的其它文章。

程序标签

板上名称

引脚名称

引脚功能

GPIO模式

默认电平

上拉或下拉

LED1

D1

PA6

GPIO_Output

推挽输出

High

上拉

LED2

D2

PA4

GPIO_Output

推挽输出

High

上拉

KeyRight

S5

PF6

GPIO_Input

输入

上拉

KeyDown

S3

PD3

GPIO_Input

输入

上拉

KeyLeft

S4

PF7

GPIO_Input

输入

上拉

KeyUp

S2

PA0

GPIO Input

输入

上拉

 

四、软件设计

1、main.h

/* USER CODE BEGIN Private defines */
void RTC_ToggleReset();
void RTC_SaveToBKUP();
void RTC_LoadFromBKUP();
void RTC_ReadBKUP();
/* USER CODE END Private defines */

2、main.c

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "keyled.h"
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes */
/* USER CODE BEGIN PV */
RTC_TimeTypeDef sTime;		//RTC读取时间和日期的结果数据
RTC_DateTypeDef sDate;

uint8_t RTC_isReading=0;	//RTC是否正在读日期时间数据
/* USER CODE END PV */
/* USER CODE BEGIN 2 */
  __HAL_RTC_WAKEUPTIMER_DISABLE(&hrtc); //禁止RTC周期唤醒

  printf("Demo11_2_RTC_Backup:Using Backup Registers.\r\n");
  uint32_t iniRTC = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR0);	//读取备份寄存DR0

  printf("Reset RTC time on startup: ");
  if ((iniRTC & 0x01)==0)
	  printf("Yes.\r\n");
  else
	  printf("No.\r\n");
  /* USER CODE END 2 */
 /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  //显示菜单，也可以放在USER CODE BEGIN 2里
  printf("[S2]KeyUp   = Reset RTC time on startup(LED2_ON).\r\n");
  printf("[S3]KeyDown = Read BKUP registers.\r\n");
  printf("[S4]KeyLeft = Save current time to BKUP.\r\n");
  printf("[S5]KeyRight= Change RTC time from BKUP.\r\n\r\n");

  __HAL_RTC_WAKEUPTIMER_ENABLE(&hrtc);	//重启RTC周期唤醒
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  KEYS curKey=ScanPressedKey(KEY_WAIT_ALWAYS);
	  switch(curKey)
	  {
	  case KEY_UP:		//[S2]KeyUp,改变保存到备份寄存器DR0的数值0 or 1
		  RTC_ToggleReset();
		  break;

	  case KEY_DOWN:	//[S3]KeyDown,读取5个备份寄存器的数据并显示
		  RTC_ReadBKUP();

	  case KEY_LEFT:	//[S4]KeyLeft,将RTC当前时间保存到备份寄存器
		  RTC_SaveToBKUP();
		  break;

	  case KEY_RIGHT:	//[S5]KeyRight,从备份寄存器读取时间，改变RTC时间
		  RTC_LoadFromBKUP();
		  break;

	  default:
	  	  break;
	  }
	  HAL_Delay(300);	//消抖
  }
  /* USER CODE END 3 */

        main()函数里在完成了外设初始化之后，执行__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_DISABLE (&hrtc)，禁止了RTC周期唤醒单元。在进入while死循环之前，再开启RTC的周期唤醒单元。

        调用函数HAL_RTCEx_BKUPRead()读取备份寄存器RTC_BKP_DR0的内容，如果寄存器的值为0，就会在MX_RTC_Init()里用CubeMX设置的初始日期和时间设置RTC的日期时间；如果寄存器的值不为0，在MX_RTC_Init()里就不会设置RTC的日期和时间。后一种情况下，在按复位键[S6]使系统复位时，RTC仍然保持连续的时间，因为RTC工作在备份域，不会在系统复位时复位。

        然后，在串口助手上显示了一个模拟菜单。

        在while循环里读取按键输入，用4个按键模拟菜单项的选择，按下某个按键后就执行与菜单项对应的功能。按键的响应代码封装为4个函数。

/* USER CODE BEGIN 4 */
//周期唤醒中断回调函数
void HAL_RTCEx_WakeUpTimerEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
{
	LED1_Toggle();

	RTC_isReading = 1;		//RTC正在读取数据，该变量的作用类似于RTOS中的二值信号量
	if (HAL_RTC_GetTime(hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BIN) == HAL_OK)
	{
		//调用HAL_RTC_GetTime()之后必须调用HAL_RTC_GetDate()以解锁数据，才能连续更新日期和时间
		HAL_RTC_GetDate(hrtc, &sDate, RTC_FORMAT_BIN);
		RTC_isReading = 0;	//RTC结束了读取数据

		//显示时间hh:mm:ss
		char str[40];
		sprintf(str,"RTC Time = %2d:%2d:%2d",sTime.Hours,sTime.Minutes,sTime.Seconds);
		printf(" %s\r\n",str);
	}
}

/* 翻转保存备份寄存器RTC_BKP_DR0的值 */
void RTC_ToggleReset()	//S2
{
	uint32_t iniRTC = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR0);
	iniRTC = !iniRTC;
	if ((iniRTC & 0x01)==0){ //存储值为0时，用CubeMX中的值复位日期时间
		printf("Reset RTC time on startup.\r\n");
		LED2_ON();
	}
	else{
		printf("Not reset RTC time on startup.\r\n");
		LED2_OFF();
	}

	//__HAL_RTC_WRITEPROTECTION_DISABLE(&hrtc);		//取消写保护
	HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc,RTC_BKP_DR0, iniRTC);	//写入备份寄存器DR0
	//__HAL_RTC_WRITEPROTECTION_ENABLE(&hrtc);		//开启写保护
}

/* RTC时间保存到备份寄存器 */
void RTC_SaveToBKUP()	//S4
{
	while (RTC_isReading)	//如果RTC的WakeUp中断里正在读取数据，就等待其读取完
		HAL_Delay(1);

	//__HAL_RTC_WRITEPROTECTION_DISABLE(&hrtc);				//取消写保护
	HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc,RTC_BKP_DR1, 0x01);			//0x01=保存了时间的标志
	HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc,RTC_BKP_DR2, sTime.Hours);	//使用全局变量sTime，不再读取当前时间
	HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc,RTC_BKP_DR3, sTime.Minutes);
	HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc,RTC_BKP_DR4, sTime.Seconds);
	//__HAL_RTC_WRITEPROTECTION_ENABLE(&hrtc);				//开启写保护

	char timeStr[30];
	sprintf(timeStr,"%2d:%2d:%2d",sTime.Hours,sTime.Minutes,sTime.Seconds);	//转换为字符串,自动添加"\0"
	printf("Current time %s is saved in BKUP.\r\n",timeStr);
}

/* 用保存的时间设置为RTC时间 */
void RTC_LoadFromBKUP()	//S5
{
	uint32_t isTimeSaved = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR1);	//读取备份寄存DR1
	if (isTimeSaved)
	{
		RTC_TimeTypeDef time;

		time.Hours = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR2);
		time.Minutes = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR3);
		time.Seconds = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR4);
		time.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;		//这两个参数还是有用的，如果不设置这2个参数，设置的小时数会自动减1
		time.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_SET;

		//HAL_Delay(10);		//必须加这个延时，否则设置的时间会错乱
		while(RTC_isReading)	//如果RTC正在WakeUp中断里读取数据，就等待其读完
			HAL_Delay(1);

		/*函数HAL_RTC_SetTime()内部在修改RTC的寄存器之前，会调用 __HAL_RTC_WRITEPROTECTION_DISABLE()取消写保护，
		  写完之后，会调用 __HAL_RTC_WRITEPROTECTION_ENABLE() 重新开启写保护 */
		if (HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &time, RTC_FORMAT_BIN) == HAL_OK)
			printf("Load and set BKUP time, success.\r\n");
		else
			printf("Load and set BKUP time, failure.\r\n");
	}
	else
		printf("No BKUP time is saved.\r\n");
}

/* 读取5个备份寄存器内容并显示 */
void RTC_ReadBKUP()	//S3
{
	uint32_t regValue;
	char regStr[40];

	regValue = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR0);	//0=系统复位时复位RTC时间
	sprintf(regStr,"Reset RTC ,BKP_DR0= %lu",regValue);	//转换为字符串,自动添加"\0"
	printf(" %s\r\n",regStr);

	regValue=HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR1);	//1=有时间数值
	sprintf(regStr,"Time is saved,BKP_DR1= %lu",regValue);
	printf(" %s\r\n",regStr);

	regValue=HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR2);	//Hour
	sprintf(regStr,"Saved time(Hour) ,BKP_DR2= %lu",regValue);
	printf(" %s\r\n",regStr);

	regValue=HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR3);	//Minute
	sprintf(regStr,"Saved time(Min) , BKP_DR3= %lu",regValue);
	printf(" %s\r\n",regStr);

	regValue=HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR4);	//Second
	sprintf(regStr,"Saved time(Sec) , BKP_DR4= %lu",regValue);
	printf(" %s\r\n",regStr);
}

//串口打印
int __io_putchar(int ch)
{
	HAL_UART_Transmit(&huart6,(uint8_t*)&ch,1,0xFFFF);
	return ch;
}
/* USER CODE END 4 */

        回调函数HAL_RTCEx_WakeUpTimerEventCallback()处理RTC周期唤醒中断。

        其余的4个函数，是对4个菜单项的响应代码的封装。

3、rtc.c

/* USER CODE BEGIN Check_RTC_BKUP */
  uint32_t iniRTC = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc,RTC_BKP_DR0);	//读取备份寄存DR0
  if ((iniRTC & 0x01))  //非零，无需初始化RTC日期时间
  {
	if (HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&hrtc,0,RTC_WAKEUPCLOCK_CK_SPRE_16BITS) != HAL_OK)
		Error_Handler();
	return;  //提前退出函数
  }
  /* USER CODE END Check_RTC_BKUP */

        沙箱中添加的代码就是用函数HAL_RTCEx_BKUPRead()读取备份寄存器RTC_BKP_DR0的内容，如果寄存器的值不为0，就在执行完HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT()设置和启动周期唤醒后，退出函数；如果寄存器的值为0，就继续执行函数内后面的代码。

        这样，就在函数MX_RTC_Init()中加入了用户功能代码，使得在系统复位时，RTC不必设置初始日期和时间。

4、keyled.c、keyled.h

        引用KEYLED文件夹下的 keyled.c、keyled.h，使用方法请参考本文作者发布的其他文章。

五、运行调试

        首次下载，或按S6键复位，显示系统菜单。重要的信息是显示当前从哪里重置RTC时间的信息。如果YES（LED2亮）则从RTC初始化值（15:30:0）重置RTC时间，否则不是；

        按S2键切换从哪里重置RTC时间。比如，下图，每次按下S6复位键，系统都从RTC初始化值重置时间，否则不重置时间，即当LED2灯不亮（DR0=1）时，按下复位键S6，不改变RTC时间，连续显示RTC时间。

 

         按S4键，存储当前时间到备份寄存器；按S3键，读取备份存储器内容并保存当前最新值到备份寄存器；按S5键，用备份寄存器内容重置RTC时间；

 

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