一、RTC实时时钟特征与原理
RTC (Real Time Clock):实时时钟 实时时钟是一个独立的定时器。 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)处于后备区域,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。 系统复位后,对后备寄存器和RTC的访问被禁止,这是为了防止对后备区域(BKP)的意外写操作。执行以下操作将使能对后备寄存器和RTC的访问: ● 设置寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN位,使能电源和后备接口时钟 ● 设置寄存器PWR_CR的DBP位,使能对后备寄存器和RTC的访问。
RTC特征 可编程的预分频系数:分频系数最高为220。 ● 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(详见6.2.8节RTC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(详见6.1.3节)。 ● 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(最长可达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。
二、RTC由两部分组成 APB1接口: 用来和APB1总线相连。通过APB1接口可以访问RTC的相关寄存器(预分频值,计数器值,闹钟值)。 RTC核心: 由一组可编程计数器组成。分两个主要模块。 第一个是RTC预分频模块,它可以编程产生最长1秒的RTC时间基TR_CLK。如果设置了秒中断允许位,可以产生秒中断。 第二个是32位的可编程计数器,可被初始化为当前时间。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,当匹配时候如果设置了闹钟中断允许位,可以产生闹钟中断。
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。
三、RTC时钟源 首先讲一下时钟源:
三种不同的时钟源可被用来驱动系统时钟(SYSCLK): ● HSI振荡器时钟 ● HSE振荡器时钟 ● PLL时钟 这些设备有以下2种二级时钟源: ● 40kHz低速内部RC,可以用于驱动独立看门狗和通过程序选择驱动RTC。 RTC用于从停机/待机模式下自动唤醒系统。 ● 32.768kHz低速外部晶体也可用来通过程序选择驱动RTC(RTCCLK)。
当不被使用时,任一个时钟源都可被独立地启动或关闭,由此优化系统功耗。 用户可通过多个预分频器配置AHB、高速APB(APB2)和低速APB(APB1)域的频率。 AHB和APB2域的最大频率是72MHz。 APB1域的最大允许频率是36MHz。 SDIO接口的时钟频率固定为HCLK/2。 RCC通过AHB时钟(HCLK)8分频后作为Cortex系统定时器(SysTick)的外部时钟。通过对SysTick控制与状态寄存器的设置,可选择上述时钟或Cortex(HCLK)时钟作为SysTick时钟。 ADC时钟由高速APB2时钟经2、 4、 6或8分频后获得。 定时器时钟频率分配由硬件按以下2种情况自动设置:
如果相应的APB预分频系数是1,定时器的时钟频率与所在APB总线频率一致。 否则,定时器的时钟频率被设为与其相连的APB总线频率的2倍。 如上图,有五个时钟源,为HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。 接下来我们一一看一下:
HSE时钟
**高速外部时钟信号(HSE)**由以下两种时钟源产生: ● HSE外部晶体/陶瓷谐振器 ● HSE用户外部时钟 为了减少时钟输出的失真和缩短启动稳定时间,晶体/陶瓷谐振器和负载电容器必须尽可能地靠 近振荡器引脚。负载电容值必须根据所选择的振荡器来调整。
外部时钟源(HSE旁路) 在这个模式里,必须提供外部时钟。它的频率最高可达25MHz。用户可通过设置在时钟控制寄存器中的HSEBYP和HSEON位来选择这一模式。外部时钟信号(50%占空比的方波、正弦波或三角波)必须连到SOC_IN引脚,同时保证OSC_OUT引脚悬空。见图9。 外部晶体/陶瓷谐振器(HSE晶体) **4~16Mz外部振荡器可为系统提供更为精确的主时钟。**相关的硬件配置可参考图9,进一步信息可参考数据手册的电气特性部分。 在时钟控制寄存器RCC_CR中的HSERDY位用来指示高速外部振荡器是否稳定。在启动时,直到这一位被硬件置’1’,时钟才被释放出来。如果在时钟中断寄存器RCC_CIR中允许产生中断,将会产生相应中断。 HSE晶体可以通过设置时钟控制寄存器里RCC_CR中的HSEON位被启动和关闭。
HSI时钟
HSI时钟信号由内部8MHz的RC振荡器产生,可直接作为系统时钟或在2分频后作为PLL输入。 HSI RC振荡器能够在不需要任何外部器件的条件下提供系统时钟。它的启动时间比HSE晶体振荡器短。然而,即使在校准之后它的时钟频率精度仍较差。 校准 制造工艺决定了不同芯片的RC振荡器频率会不同,这就是为什么每个芯片的HSI时钟频率在出厂前已经被ST校准到1%(25°C)的原因。系统复位时,工厂校准值被装载到时钟控制寄存器的HSICAL[7:0]位。 如果用户的应用基于不同的电压或环境温度,这将会影响RC振荡器的精度。可以通过时钟控制寄存器里的HSITRIM[4:0]位来调整HSI频率。 时钟控制寄存器中的HSIRDY位用来指示HSI RC振荡器是否稳定。在时钟启动过程中,直到这一位被硬件置’1’, HSI RC输出时钟才被释放。 HSI RC可由时钟控制寄存器中的HSION位来启动和关闭。 如果HSE晶体振荡器失效, HSI时钟会被作为备用时钟源。
PLL
内部PLL可以用来倍频HSI RC的输出时钟或HSE晶体输出时钟。 PLL的设置(选择HIS振荡器除2或HSE振荡器为PLL的输入时钟,和选择倍频因子)必须在其被激活前完成。一旦PLL被激活,这些参数就不能被改动。 如果PLL中断在时钟中断寄存器里被允许,当PLL准备就绪时,可产生中断申请。 如果需要在应用中使用USB接口, PLL必须被设置为输出48或72MHZ时钟,用于提供48MHz的USBCLK时钟。
LSE时钟
**LSE晶体是一个32.768kHz的低速外部晶体或陶瓷谐振器。**它为实时时钟或者其他定时功能提供一个低功耗且精确的时钟源。 LSE晶体通过在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSEON位启动和关闭。 在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSERDY指示LSE晶体振荡是否稳定。在启动阶段,直到这个位被硬件置’1’后, LSE时钟信号才被释放出来。如果在时钟中断寄存器里被允许,可产生中断申请。 外部时钟源(LSE旁路) 在这个模式里必须提供一个32.768kHz频率的外部时钟源。你可以通过设置在备份域控制寄存器(RCC_BDCR)里的LSEBYP和LSEON位来选择这个模式。具有50%占空比的外部时钟信号(方波、正弦波或三角波)必须连到OSC32_IN引脚,同时保证OSC32_OUT引脚悬空,见图9。
LSI时钟
LSI RC担当一个低功耗时钟源的角色,它可以在停机和待机模式下保持运行,为独立看门狗和自动唤醒单元提供时钟。 **LSI时钟频率大约40kHz(在30kHz和60kHz之间)。**进一步信息请参考数据手册中有关电气特性部分。 LSI RC可以通过控制/状态寄存器(RCC_CSR)里的LSION位来启动或关闭。 在控制/状态寄存器(RCC_CSR)里的LSIRDY位指示低速内部振荡器是否稳定。在启动阶段,直到这个位被硬件设置为’1’后,此时钟才被释放。如果在时钟中断寄存器(RCC_CIR)里被允许,将产生LSI中断申请。 注意: 只有大容量和互联型产品可以进行LSI校准
LSI校准 可以通过校准内部低速振荡器LSI来补偿其频率偏移,从而获得精度可接受的RTC时间基数,以及独立看门狗(IWDG)的超时时间(当这些外设以LSI为时钟源)。 **校准可以通过使用TIM5的输入时钟(TIM5_CLK)测量LSI时钟频率实现。**测量以HSE的精度为保证,软件可以通过调整RTC的20位预分频器来获得精确的RTC时钟基数,以及通过计算得到精确的独立看门狗(IWDG)的超时时间。 LSI校准步骤如下:
打开TIM5,设置通道4为输入捕获模式; 设置AFIO_MAPR的TIM5_CH4_IREMAP位为’1’,在内部把LSI连接到TIM5的通道4; 通过TIM5的捕获/比较4事件或者中断来测量LSI时钟频率; 根据测量结果和期望的RTC时间基数和独立看门狗的超时时间,设置20位预分频器。 四、RTC时钟 **通 过 设 置 备 份 域 控 制 寄 存 器 (RCC_BDCR) 里 的 RTCSEL[1:0] 位 , RTCCLK 时钟源可以由HSE/128、LSE或LSI时钟提供。**除非备份域复位,此选择不能被改变。 LSE时钟在备份域里,但HSE和LSI时钟不是。因此: ● 如果LSE被选为RTC时钟: ─ 只要VBAT维持供电,尽管VDD供电被切断, RTC仍继续工作。 ● 如果LSI被选为自动唤醒单元(AWU)时钟: ─ 如果VDD供电被切断, AWU状态不能被保证。有关LSI校准,详见6.2.5节LSI时钟。 ● 如果HSE时钟128分频后作为RTC时钟: ─ 如果VDD供电被切断或内部电压调压器被关闭(1.8V域的供电被切断),则RTC状态不确定。 ─ 必须设置电源控制寄存器(见4.4.1节)的DPB位(取消后备区域的写保护)为’1’。
五、RTC寄存器 上面都是从STM32中文手册里摘取的。大概了解一下RTC和时钟。 不过讲的有点扯,里面有多好寄存器,不知道是干啥的。接下来重点看一下这些寄存器。
RTC控制寄存器高位(RTC_CRH)
RTC控制寄存器低位(RTC_CRL)
①修改CRH/CRL寄存器,必须先判断RSF位,确定已经同步。 ②修改CNT,ALR,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,必须判断上一次写操作已经结束,也就是判断RTOFF位是否置位。
RTC预分频装载寄存器(RTC_PRLH/RTC_PRLL) 预分频装载寄存器用来保存RTC预分频器的周期计数值。它们受RTC_CR寄存器的RTOFF位保护,仅当RTOFF值为’1’时允许进行写操作。
RTC预分频器余数寄存器(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)
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。 配置过程:
查询RTOFF位,直到RTOFF的值变为’1’ 置CNF值为1,进入配置模式 对一个或多个RTC寄存器进行写操作 清除CNF标志位,退出配置模式 查询RTOFF,直至RTOFF位变为’1’以确认写操作已经完成。 仅当CNF标志位被清除时,写操作才能进行,这个过程至少需要3个RTCCLK周期。 读RTC寄存器 RTC核完全独立于RTC APB1接口。 软件通过APB1接口访问RTC的预分频值、 计数器值和闹钟值。但是,相关的可读寄存器只在与RTC APB1时钟进行重新同步的RTC时钟的上升沿被更新。 RTC标志也是如此的。 这意味着,如果APB1接口曾经被关闭,而读操作又是在刚刚重新开启APB1之后,则在第一次的内部寄存器更新之前,从APB1上读出的RTC寄存器数值可能被破坏了(通常读到0)。下述几种 情况下能够发生这种情形: ● 发生系统复位或电源复位 ● 系统刚从待机模式唤醒(参见第4.3节: 低功耗模式)。 ● 系统刚从停机模式唤醒(参见第4.3节: 低功耗模式)。 所有以上情况中, APB1接口被禁止时(复位、无时钟或断电)RTC核仍保持运行状态。 因此,若在读取RTC寄存器时, RTC的APB1接口曾经处于禁止状态,则软件首先必须等待RTC_CRL寄存器中的RSF位(寄存器同步标志)被硬件置’1’。 注: RTC的 APB1接口不受WFI和WFE等低功耗模式的影响
六、RTC相关库函数讲解 库函数所在文件:stm32f10x_rtc.c / stm32f10x_rtc.h
RTC时钟源和时钟操作函数: void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t CLKSource);//时钟源选择 void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState)//时钟使能
RTC配置函数(预分频,计数值: void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);//预分频配置:PRLH/PRLL void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue);//设置计数器值:CNTH/CNTL void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue);//闹钟设置:ALRH/ALRL
RTC中断设置函数: void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState);//CRH RTC允许配置和退出配置函数: void RTC_EnterConfigMode(void);//允许RTC配置 :CRL位 CNF void RTC_ExitConfigMode(void);//退出配置模式:CRL位 CNF
同步函数: void RTC_WaitForLastTask(void);//等待上次操作完成:CRL位RTOFF void RTC_WaitForSynchro(void);//等待时钟同步:CRL位RSF
相关状态位获取清除函数: FlagStatus RTC_GetFlagStatus(uint16_t RTC_FLAG); void RTC_ClearFlag(uint16_t RTC_FLAG); ITStatus RTC_GetITStatus(uint16_t RTC_IT); void RTC_ClearITPendingBit(uint16_t RTC_IT);
其他相关函数(BKP等) PWR_BackupAccessCmd();//BKP后备区域访问使能 RCC_APB1PeriphClockCmd();//使能PWR和BKP时钟 RCC_LSEConfig();//开启LSE,RTC选择LSE作为时钟源 PWR_BackupAccessCmd();//BKP后备区域访问使能 uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR);//读BKP寄存器 void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data);//写BKP
七、RTC配置一般步骤 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 这两个,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
八、RTC程序 这篇文章复制粘贴了这么多,感觉不到一丝有用的东西。算了,还是看一下,程序是怎么写的吧。
RTC_Init
RTC_Set
RTC_Get
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原文标题:STM32开发 -- RTC详解
文章出处:【微信号:mcu168,微信公众号:硬件攻城狮】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。
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