STM32F103 RTC配置

目录

• 一、RTC
  • 1.1 概述
  • 1.2 特性
  • 1.3 RTC方框图
    • 1.3.1 RTCCLK选择
    • 1.3.2 具体流程
    • 1.3.3 RTC复位过程
    • 1.3.4 读RTC寄存器
    • 1.3.5 配置RTC寄存器
• 二、RTC相关寄存器
  • 2.1 RTC控制寄存器
    • 2.1.1 RTC_CRH
    • 2.1.2 RTC_CRL
  • 2.2 RTC预分频装载寄存器
    • 2.2.1 RTC_PRLH
    • 2.2.2 RTC_PRLL
  • 2.3 RTC预分频余数寄存器
    • 2.3.1 RTC_DIVH
    • 2.3.2 RTC_DIVL
  • 2.4 RTC计数器寄存器
    • 2.4.1 RTC_CNTH
    • 2.4.2 RTC_CNTL
  • 2.5 RTC闹钟寄存器
    • 2.5.1 RTC_ALRH
    • 2.5.2 RTC_ALRL
  • 2.6 BKP备份寄存器
    • 2.6.1 备份数据寄存器（BKP_DRx）
    • 2.6.2 备份域控制寄存器 (RCC_BDCR)
• 三、RTC源码
  • 3.1 RTC初始化步骤
  • 3.2 源码实现
    • 3.2.1 RTC_TypeDef
    • 3.2.2 RTC_Init
    • 3.2.3 RTC_Set
    • 3.2.4 RTC_Get
    • 3.2.5 RTC_IRQHandler
  • 3.3 实现功能
    • 3.3.1 main函数实现
    • 3.3.2 测试
• 四、源码下载

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• 一、RTC
  • 1.1 概述
  • 1.2 特性
  • 1.3 RTC方框图
    • 1.3.1 RTCCLK选择
    • 1.3.2 具体流程
    • 1.3.3 RTC复位过程
    • 1.3.4 读RTC寄存器
    • 1.3.5 配置RTC寄存器
• 二、RTC相关寄存器
  • 2.1 RTC控制寄存器
    • 2.1.1 RTC_CRH
    • 2.1.2 RTC_CRL
  • 2.2 RTC预分频装载寄存器
    • 2.2.1 RTC_PRLH
    • 2.2.2 RTC_PRLL
  • 2.3 RTC预分频余数寄存器
    • 2.3.1 RTC_DIVH
    • 2.3.2 RTC_DIVL
  • 2.4 RTC计数器寄存器
    • 2.4.1 RTC_CNTH
    • 2.4.2 RTC_CNTL
  • 2.5 RTC闹钟寄存器
    • 2.5.1 RTC_ALRH
    • 2.5.2 RTC_ALRL
  • 2.6 BKP备份寄存器
    • 2.6.1 备份数据寄存器（BKP_DRx）
    • 2.6.2 备份域控制寄存器 (RCC_BDCR)
• 三、RTC源码
  • 3.1 RTC初始化步骤
  • 3.2 源码实现
    • 3.2.1 RTC_TypeDef
    • 3.2.2 RTC_Init
    • 3.2.3 RTC_Set
    • 3.2.4 RTC_Get
    • 3.2.5 RTC_IRQHandler
  • 3.3 实现功能
    • 3.3.1 main函数实现
    • 3.3.2 测试
• 四、源码下载

本节我们将介绍RTC，实际上有关RTC我们在学习S3C2440的时候已经详细介绍过《Mini2440裸机开发之RTC》。

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一、RTC

RTC，英文全称Real Time Clock，中文就是实时时钟，是一个可以为系统提供精确的时间基准的元器件，RTC一般采用精度较高的晶振作为时钟源，有些RTC为了在主电源掉电时还可以工作，需要外加电池供电。

1.1 概述

在断电情况下RTC仍可以独立运行，只要芯片的外加电池一直供电，RTC上的时间会一直走。

RTC本质上是个独立的定时器。RTC模块拥有一个连续计数的计数器。从定时器的角度来看，相对于通用定时器TIM外设，它的功能十分简单，只有计时功能(也可以触发中断)，但其高级之处也就在于掉电之后还可以正常运行。

两个32位寄存器包含二进码十进数格式 (BCD) 的秒、分钟、小时（12或24小时制）、星期几、日期、月份和年份。此外，还可提供二进制格式的亚秒值。系统可以自动将月份的天数补偿为28、29（闰年）、30和31天。

上电复位后，所有RTC寄存器都会受到保护，以防止可能的非正常写访问。

无论器件状态如何（运行模式、低功耗模式或处于复位状态），只要电源电压保持在工作范围内，RTC不会停止工作。

1.2 特性

• 可编程的预分频系数：分频系数高为$2^{20}$；

• 32位的可编程计数器，可用于较长时间段的测量；

• 2个分离的时钟：用于APB1接口的PCLK1和RTC时钟（RTC时钟的频率必须小于PCLK1时钟频率的四分之一以上）；

• 可以选择以下三种RTC的时钟源；

  • HSE时钟除以128；
  • LSE振荡器时钟；
  • LSI振荡器时钟；

• 2个独立的复位类型：

  • APB1接口由系统复位；
  • RTC核心（预分频器、闹钟、计数器和分频器）只能由后备域复位；

• 3个专门的可屏蔽中断；

  • 闹钟中断，用来产生一个软件可编程的闹钟中断；
  • 秒中断，用来产生一个可编程的周期性中断信号（长可达1秒）；
  • 溢出中断，指示内部可编程计数器溢出并回转为0的状态；

1.3 RTC方框图

RTC由两个主要部分组成。

• 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（左下1）：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，则在每个实时时钟（RTC）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（左下2）：可被初始化为当前的系统时间；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。

1.3.1 RTCCLK选择

我们在《STM32F103系统时钟配置》中介绍了STM32的时钟框图；

RTCCLK可以选择以下三种作为时钟源；

• HSE时钟除以128；
• LSE振荡器时钟；
• LSI振荡器时钟；

使用HSE分频时钟或者LSI的时候，在主电源VDD掉电的情况下，这两个时钟来源都会受到影响，因此没法保证RTC正常工作，所以RTC一般都时钟低速外部时钟LSE，频率为实时时钟模块中常用的32.768KHz。

因为32768 = 2^15,分频容易实现,所以被广泛应用到RTC模块。在主电源VDD有效的情况下（待机）,RTC还可以配置闹钟事件使STM32退出待机模式。

1.3.2 具体流程

RTCCLK经过RTC_DIV预分频，RTC_PRL设置预分频系数，然后得到TR_CLK时钟信号，我们一般设置其周期为1s，RTC_CNT计数器计数，假如1970设置为时间起点为0s，通过当前时间的秒数计算得到当前的时间。

RTC_ALR是设置闹钟时间，RTC_CNT计数到RTC_ALR就会产生计数中断；

• RTC_Second为秒中断，用于刷新时间；
• RTC_Overflow是溢出中断；
• RTC Alarm控制开关机。

1.3.3 RTC复位过程

除了RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器外，所有的系统寄存器都由系统复位或电源复位进行异步复位。
RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器仅能通过备份域复位信号复位。

系统复位后，禁止访问后备寄存器和RCT，防止对后卫区域（BKP）的意外写操作。

1.3.4 读RTC寄存器

RTC内核完全独立于APB1接口，软件通过APB1接口对RTC相关寄存器访问。但是相关寄存器只在RTC APB1时钟进行重新同步的RTC时钟的上升沿被更新。所以软件必须先等待寄存器同步标志位（RTC_CRL的RSF位）被硬件置1才读。

1.3.5 配置RTC寄存器

必须设置RTC_CRL寄存器中的CNF位，使RTC进入配置模式后，才能写入RTC_PRL、RTC_CNT、RTC_ALR寄存器。

另外，对RTC任何寄存器的写操作，都必须在前一次写操作结束后进行。可以通过查询RTC_CR寄存器中的RTOFF状态位，判断RTC寄存器是否处于更新中。仅当RTOFF状态位是1时，才可以写入RTC寄存器。

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二、RTC相关寄存器

RTC相关的寄存器主要有：

• RTC控制寄存器：RTC_CRH， RTC_CRL；
• RTC预分频装载寄存器： RTC_PRLH， RTC_PRLL；
• RTC预分频余数寄存器：RTC_DIVH， RTC_DIVL；
• RTC计数器寄存器：RTC_CNTH， RTC_CNTL；
• RTC闹钟寄存器：RTC_ALRH ，RTC_ALRL。

2.1 RTC控制寄存器

2.1.1 RTC_CRH

作用：配置3个专门的可屏蔽中断（溢出中断、闹钟中断、秒中断）使能。

注意：系统复位后所有的中断被屏蔽，因此可通过写RTC寄存器来确保在初始化后没有挂起的中断请求。当外设正在完成前一次写操作时（标志位RTOFF=0），不能对RTC_CRH寄存器进行写操作。

2.1.2 RTC_CRL

一般用到该寄存器的3，4，5位：

• 位3（RSF）：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，如果没有则等待同步；
• 位4（CNF）：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；
• 位5（RTOFF）：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，也就是判断RTOFF位是否置位。

3个位总结如下：

(1) 修改RTC_CRH/RTC_CRL寄存器，必须先判断RSF位，确定已经同步；

(2) 修改RTC_CNT/RTC_ALR/RTC_PRL的时候，必须先配置CNF位进入配置模式，修改完之后，设置CNF位为0退出配置模式。

(3) 同时在对RTC相关寄存器写操作之前，必须先判断RTOFF位，确定上次对RTC寄存器的操作是已经完成。

2.2 RTC预分频装载寄存器

预分频装载寄存器用来保存RTC预分频器的周期计数值。在修改这个寄存器的时候要先进入配置模式，即设置RTC_CRL寄存器中的CNF位，使RTC进入配置模式。

我们使用外部32.768kHz的晶振作为RTC时钟的输入频率，那么就要设置这两个寄存器的值为32767（7FFF）以得到1s的计数频率。

2.2.1 RTC_PRLH

2.2.2 RTC_PRLL

2.3 RTC预分频余数寄存器

预分频余数寄存器用于获取比秒钟更准确的时钟。该寄存器的值是自减的，用于保存还需要多少时钟周期获取的一个秒信号。在一次秒钟更新后，由硬件重新加载，这两个寄存器和RTC_PRL的各位是一样的。

在TR_CLK的每个周期里，RTC预分频器中计数器的值都会被重新设置为RTC_PRL寄存器的值。用户可通过读取RTC_DIV寄存器，以获得预分频计数器的当前值，而不停止分频计数器的工作，从而获得精确的时间测量。

此寄存器是只读寄存器，其值在RTC_PRL或RTC_CNT寄存器中的值发生改变后，由硬件重新装载。

2.3.1 RTC_DIVH

2.3.2 RTC_DIVL

2.4 RTC计数器寄存器

存放计数器内的计数值，也就是用来记录时钟时间。

该寄存器由2个16位的寄存器组成RTC_CNTH和RTC_CNTL，总共32位，当进行读操作时，直接返回计数器内的计数值（系统时间）。

在修改这个寄存器的时候要先进入配置模式，即设置RTC_CRL寄存器中的CNF位，使RTC进入配置模式。

2.4.1 RTC_CNTH

2.4.2 RTC_CNTL

2.5 RTC闹钟寄存器

当可编程计数器RTC_CNT的值与RTC_ALR中的32位值相等时，即触发一个闹钟事件，并且产生RTC闹钟中断。

在修改这个寄存器的时候要先进入配置模式，即设置RTC_CRL寄存器中的CNF位，使RTC进入配置模式。

2.5.1 RTC_ALRH

2.5.2 RTC_ALRL

2.6 BKP备份寄存器

备份寄存器是42个16位的寄存器。可用来存储84个字节数据。

它们处在备份区域，当VDD电源切断，仍然由VBAT维持供电。

当系统在待机模式下被唤醒，或者系统复位或者电源复位，它们也不会复位。执行以下操作将使能对后备寄存器和RTC访问：

• 设置寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN位，使能电源和后备时钟；
• 设置寄存器PWR_CR的DBP位，使能对RTC和后备寄存器的访问；

2.6.1 备份数据寄存器（BKP_DRx）

一般用BKP来存储RTC的校验值或者记录一些重要的数据；

2.6.2 备份域控制寄存器 (RCC_BDCR)

备份域控制寄存器中（RCC_BDCR）的LSEON、LSEBYP、RTCSEL和RTCEN位处于备份域。

因此，这些位在复位后处于写保护状态，只有在电源控制寄存器（PWR_CR）中的DBP位置1后才能对这些位进行改动。

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三、RTC源码

3.1 RTC初始化步骤

RTC配置流程如下：

(1) 时钟使能以及取消写保护；

• 使能电源时钟和备份区域时钟：通过配置RCC_APB1ENR的位28和位27；

  • 位28（PWREN）：电源接口时钟使能；

  • 位27（BKPEN）：备份接口时钟使能；

• 取消备份区写保护：通过配置PWR_CR的DBP位（位8）为1来使能对后备寄存器和RTC的访问；

(2) RTC时钟配置 （复位，取消复位，时钟源选择，使能）->该模块是在备份区域；

• 备份区域软复位，复位结束；

  • 通过配置RCC_BDCR寄存器位16为1备份区域软复位；
  • 通过配置RCC_BDCR寄存器位16为0备份区域软复位结束；

• 开启LSE；

  • 通过配置RCC_BDCR寄存器位0使能外部低速振荡器；

  • 通过读取RCC_BDCR寄存器位1等待外部低速振荡器就绪；

• 选择RTC时钟，并使能：通过配置RCC_BDCR的位[9:8]和位15；

  • 位[9:8]：RTC是时钟源选择，配置为01选择LSE作为RTC时钟；

  • 位15：RTC时钟使能；

(3) 等待上一次RTC写操作完成：判断上一次RTC操作是否完成，通过等待RTC_CRL位5（RTOFF=1）实现；

亲爱的读者和支持者们，自动博客加入了打赏功能，陆陆续续收到了各位老铁的打赏。在此，我想由衷地感谢每一位对我们博客的支持和打赏。你们的慷慨与支持，是我们前行的动力与源泉。

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