基于STM32 RTC实时时钟

本文将利用ALIENTEK 2.8寸TFTLCD模块来显示日期时间，实现一个简单的时钟。

2 STM32芯片简介

2006年ARM公司推出了基于ARMv7架构的Cortex系列的标准体系结构，以满足各种技术的不同性能要求，包含A、R、M三个分工明确的系列[1]。其中，A系列面向复杂的尖端应用程序，用于运行开放式的复杂操作系统；R系列适合实时系统；M系列则专门针对低成本的微控制领域。Cortex-M3是首款基于ARMv7-M体系结构的32位标准处理器，具有低功耗、少门数、短中断延迟、低调试成本等众多优点。它是专门为在微控制系统、汽车车身系统、工业控制系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用领域实现高系统性能而设计的，它大大简化了编程的复杂性，集高性能、低功耗、低成本于一体[2]。半导体制造厂商意法半导体ST公司是ARM公司Cortex-M3内核开发项目一个主要合作方，2007年6月11日ST公司率先推出了基于Cortex-M3内核的STM32系列MCU。本章将简要介绍STM32系列处理器的分类、内部结构及特点，并对本设计中重点应用的通用定时器做进一步分析。

2.1 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 20.1.1 所示：

图 20.1.1 RTC 框图

RTC 由两个主要部分组成（参见图 20.1.1）， 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。 2.2 RTC相关配置

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，这在时钟系统章节有讲解过。

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）。下面我们一一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。 3单元模块及电路设计 3.1 电源模块

3.2 复位电路模块

3.3 外部时钟模块

图1

图2

3.6 主控制器模块

3.4 外部晶振模块

3.5 JTAG下载模块

图5

图4

图3

4 软件设计

图9

3.7 BootLoader配置模块

图8

首先是 RTC_Init，其代码如下： //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) {

u8 temp=0; //检查是不是第一次配置时钟

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 {

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 BKP_DeInit(); //③复位备份区域

RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON); //设置外部低速晶振(LSE) while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET) //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(2009,12,2,10,0,55); //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 0x5050 }

else//系统继续计时 {

RTC_WaitForSynchro(); //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 }

该函数用来初始化 RTC 时钟，但是只在第一次的时候设置时间，以后如果重新上电/复位都不会再进行时间设置了（前提是备份电池有电），在第一次配置的时候，我们是按照上面介绍的 RTC 初始化步骤来做的，这里就不在多说了，这里我们设置时间是通过时间设置函数RTC_Set(2012,9,7,13,16,55);来实现的，这里我们默认将时间设置为 2012 年 9 月 7 日 13 点 16 分55 秒。在设置好时间之后，我们通过 BKP_WriteBackupRegister()函数向 BKP->DR1 写入标志字 0X5050 ， 用 于 标 记 时 间 已 经 被 设 置 了 。 这 样 ， 再 次 发 生 复 位 的 时 候 ， 该 函 数 通过BKP_ReadBackupRegister()读取 BKP->DR1 的值，来判断决定是不是需要重新设置时间，如果不需要设置，则跳过时间设置，仅仅使能秒钟中断一下，就进行中断分组，然后返回了。这样不会重复设置时间，使得我们设置的时间不会因复位或者断电而丢失。

该函数还有返回值，返回值代表此次操作的成功与否，如果返回 0，则代表初始化 RTC 成功，如果返回值非零则代表错误代码了。

介绍完 RTC_Init，我们来介绍一下 RTC_Set 函数，该函数代码如下： //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;tsmon-=1;

for(t=0;tif(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; }

该函数用于设置时间，把我们输入的时间，转换为以 1970 年 1 月 1 日 0 时 0 分 0 秒当做起始时间的秒钟信号，后续的计算都以这个时间为基准的，由于 STM32 的秒钟计数器可以保存136 年的秒钟数据，这样我们可以计时到 2106 年。

接着，我们介绍一下 RTC_Get 函数，该函数用于获取时间和日期等数据，其代码如下：

//得到当前的时间，结果保存在 calendar 结构体里面 //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->CNTH; //得到计数器中的值(秒钟数) timecount<<=16;

timecount+=RTC->CNTL;

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; }

函数其实就是将存储在秒钟寄存器 RTC->CNTH 和 RTC->CNTL 中的秒钟数据(通过函数RTC_SetCounter 设置)转换为真正的时间和日期。该代码还用到了一个 calendar 的结构体，calendar 是我们在 rtc.h 里面将要定义的一个时间结构体，用来存放时钟的年月日时分秒等信息。 因为 STM32 的 RTC 只有秒钟计数器，而年月日，时分秒这些需要我们自己软件计算。我们把计算好的值保存在 calendar 里面，方便其他程序调用。 最后，我们介绍一下秒钟中断服务函数，该函数代码如下： //RTC 时钟中断 //每秒触发一次

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_ClearITPendingBit(RTC_IT_SEC|RTC_IT_OW); //清闹钟中断 RTC_WaitForLastTask(); }

此部分代码比较简单，我们通过 RTC_GetITStatus 来判断发生的是何种中断，如果是秒钟中断，则执行一次时间的计算，获得最新时间。从而，我们可以在 calendar 里面读到时间、日期等信息。

rtc.c 的其他程序，这里就不再介绍了，请大家直接看光盘的源码。接下来看看 rtc.h 代码，在 rtc.h 中，我们定义了一个结构体： 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;

从上面结构体定义可以看到_calendar_obj 结构体所包含的成员变量是一个完

整的公历信息，包括年、月、日、周、时、分、秒等 7 个元素。我们以后要知道当前时间，只需要通过 RTC_Get函数，执行时钟转换，然后就可以从 calendar 里面读出当前的公历时间了。

最后看看 main.c 里面的代码如下： int main(void) {

u8 t=0;

delay_init(); //延时函数初始化

NVIC_Configuration(); //设置 NVIC 中断分组 2 uart_init(9600); //串口初始化波特率为 9600 LED_Init(); //LED 端口初始化 LCD_Init(); //LCD 初始化

usmart_dev.init(72); //初始化 USMART 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,\"2012/9/7\");

while(RTC_Init()) //RTC 初始化 ，一定要初始化成功 { LCD_ShowString(60,130,200,16,16,\"RTC ERROR! \"); delay_ms(800);

LCD_ShowString(60,130,200,16,16,\"RTC Trying...\"); } //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); }; }

这部分代码就不再需要详细解释了，在包含了 rtc.h 之后，通过判断 calendar .sec 是否改变来决定要不要更新时间显示。同时我们设置 LED0 每 2 秒钟闪烁一次，用来提示程序已经开始跑了。

为了方便设置时间，我们在 usmart_config.c 里面，修改 usmart_nametab 如下：

struct _m_usmart_nametab usmart_nametab[]= {

#if USMART_USE_WRFUNS==1 //如果使能了读写操作 (void*)read_addr,\"u32 read_addr(u32 addr)\

(void*)write_addr,\"void write_addr(u32 addr,u32 val)\#endif

(void*)delay_ms,\"void delay_ms(u16 nms)\(void*)delay_us,\"void delay_us(u32 nus)\

(void*)RTC_Set,\"u8 RTC_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec)\};