ARM32开发--RTC内置实时时钟

知不足而奋进 望远山而前行

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目录

系列文章目录

文章目录

前言

学习目标

学习内容

RTC时钟介绍

RTC结构框图

RTC原理图

RTC时钟电源

RTC的配置流程

RTC时钟

开发流程

RTC初始化

时钟配置

时钟获取

BCD格式转化

完整代码

RTC时钟备份寄存器

总结

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前言

在嵌入式系统开发中，实时时钟（RTC）是至关重要的组件，它提供了准确的日期和时间信息，为各种应用场景提供了时间基准。本文将深入探讨RTC的设计原理和初始化过程，帮助您理解RTC在GD32F407上的实现方式以及如何进行初始化、配置和读取时间等操作。

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学习目标

1. 理解原理图RTC设计部分
2. 掌握初始化RTC
3. 掌握设置时间
4. 掌握读取时间

学习内容

RTC时钟介绍

RTC是实时时钟(Real-Time Clock)的缩写。它是一种硬件模块或芯片,用于提供准确的日期和时间信息。

GD32F407上有RTC的外设,它提供了一个包含日期(年/月/日)和时间(时/分/秒/亚秒)的日历功能。除亚秒用二进制码显示外,时间和日期都以BCD码的形式显示。

RTC本质上就是一个1秒计数器,通过秒来换算出时间。因此需要我们提供一个1HZ频率的时钟。

RTC结构框图

RTC原理图

RTC时钟电源

RTC时钟分为两个电源域。RTC的核心部分位于备份域中。系统复位或从待机模式唤醒时,RTC的设置和时间都保持不变。另一部分包括APB接口及一组控制寄存器位于VDD电源域中。

RTC的配置流程

RTC时钟

开发流程

1. 加载依赖。gd32f4xx_rtc.c,gd32f4xx_pmu.c
2. 初始化RTC。
3. 时钟配置。
4. 获取时钟。

RTC初始化

// 电池管理加载
rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
pmu_backup_write_enable();
// 重置备份域（不重置可能导致无法设置晶振，出现不走字情况）
/* reset backup domain */
rcu_bkp_reset_enable();
rcu_bkp_reset_disable();
// 2. 设置时钟的晶振 LXTAL (低速外部时钟, 需焊接)
// rcu_osci_on(RCU_LXTAL);
// rcu_osci_stab_wait(RCU_LXTAL);
// rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_LXTAL);
// 2. 设置时钟的晶振 IRC32K
// rcu_osci_on(RCU_IRC32K);
// // 等待晶振稳定
// rcu_osci_stab_wait(RCU_IRC32K);
// /* 给rtc配置晶振 configure the RTC clock source selection */
// rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_IRC32K);
// 2. 设置时钟的晶振 HXTAL -> 8M
 rcu_osci_on(RCU_HXTAL);
 // 等待晶振稳定
 rcu_osci_stab_wait(RCU_HXTAL);
 /* 给rtc配置晶振 configure the RTC clock source selection */
 rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_HXTAL_DIV_RTCDIV);
 // 分频系数（HXTAL时，需要配置） // DIV25 -> 320K
 rcu_rtc_div_config(RCU_RTC_HXTAL_DIV25); 
// RTC功能加载
rcu_periph_clock_enable(RCU_RTC);
rtc_register_sync_wait();

• RTC电源供应为外部独立电路，需要加载电源管理，打开rtc电源供应。
• 重置备份域，不重置可能导致无法设置晶振，出现时钟不走字情况。
• RTC的时钟晶振为外部，需要加载外部晶振。
• 加载完成过程，需要等待同步。

  时钟配置

  rtc_parameter_struct rps;
  rps.year = 0x23;
  rps.month = 0x04;
  rps.date = 0x20;
  rps.day_of_week = 0x04;
  rps.hour = 0x23;
  rps.minute = 0x59;
  rps.second = 0x55;
  rps.display_format = RTC_24HOUR;
  rps.am_pm = RTC_AM;
  // 配置异步和同步分频器数值 LXTAL
  // rps.factor_asyn = 0x7F;
  // rps.factor_syn = 0xFF;
    // 配置异步和同步分频器数值IRC32K
  //  rps.factor_asyn = 0x7F;   // 7位异步预分频器， 0x0 - 0x7F
  //  rps.factor_syn  = 0xF9;   // 15位同步预分频器。0x0 - 0x7FFF
  // IRC32K ck_spre = 1 -> 1秒 -> 1个时钟 (1Hz)
  // ck_spre = rtc_clk / ((FACTOR_A + 1)*( FACTOR_S + 1))
  // 1 = 32K / ((0x7F + 1)*( FACTOR_S + 1))
  // FACTOR_S = 32K / 0x80 - 1 = 32K / 128 - 1 = 249
  // 配置异步和同步分频器数值HXTAL_DIV25
  rps.factor_asyn = 127;   // 7位异步预分频器， 0x0 - 0x7F
  rps.factor_syn  = 2499;   // 15位同步预分频器。0x0 - 0x7FFF
  // HXTAL_DIV25 -> 8M/25 -> 320K
  // ck_spre = 1 -> 1秒 -> 1个时钟 (1Hz)
  // ck_spre = rtc_clk / ((FACTOR_A + 1)*( FACTOR_S + 1))
  // 1 = 320K / ((0x7F + 1)*( FACTOR_S + 1))
  // FACTOR_S = 320K / 0x80 - 1 = 32K / 128 - 1 = 2499
  rtc_init(&rps);

  

  1 = rtc_clk/(asyn + 1)/(syn + 1)

  • asyn取值范围为0到0x7F
  • syn取值范围为0到0x07FF

    时钟获取

    rtc_parameter_struct rps;
    rtc_current_time_get(&rps);
    uint16_t year = READ_BCD(rps.year) + 2000;
    uint8_t month = READ_BCD(rps.month);
    uint8_t date = READ_BCD(rps.date);
    uint8_t week = READ_BCD(rps.day_of_week);
    uint8_t hour = READ_BCD(rps.hour);
    uint8_t minute = READ_BCD(rps.minute);
    uint8_t second = READ_BCD(rps.second);
    printf("%d-%d-%d %d %d:%d:%d\r\n", year, month, date, week, hour, minute, second);

    BCD格式转化

    BCD（Binary-Coded Decimal，二进制编码十进制）是一种用于表示十进制数字的二进制编码形式。在RTC（实时时钟）等应用中，BCD格式常用于存储和显示日期和时间信息。它的主要特点是每个十进制数位都被编码成4位二进制数。

    在BCD格式中，一个十进制数的每一位被表示为4位二进制数，其中每个二进制数位都对应一个十进制数位。例如：

    • 十进制数 0 用BCD表示为 0000。
    • 十进制数 1 用BCD表示为 0001。
    • 十进制数 9 用BCD表示为 1001。

      这样，一个BCD字节（8位）可以表示两个十进制数字。

      // 十位取出左移4位 + 个位 (得到BCD数)
      #define WRITE_BCD(val) 	((val / 10) > 4) * 10 + (val & 0x0F)

      完整代码

      #include "gd32f4xx.h"
      #include "systick.h"
      #include 
      #include "main.h"
      #include "Usart.h"
      // 十位取出左移4位 + 个位 (得到BCD数)
      #define WRITE_BCD(val) 	((val / 10) > 4) * 10 + (val & 0x0F)
      void Usart0_recv(uint8_t *data, uint32_t len) {
          printf("%s\r\n", data);
      }
      static void RTC_config() {
          // 电池管理加载
          rcu_periph_clock_enable(RCU_PMU);
          pmu_backup_write_enable();
          
          // 重置备份域（不重置可能导致无法设置晶振，出现不走字情况）
          /* reset backup domain */
          rcu_bkp_reset_enable();
          rcu_bkp_reset_disable();
          
          // 晶振加载
          rcu_osci_on(RCU_LXTAL);
          rcu_osci_stab_wait(RCU_LXTAL);
          rcu_rtc_clock_config(RCU_RTCSRC_LXTAL);
          // RTC功能加载
          rcu_periph_clock_enable(RCU_RTC);
          rtc_register_sync_wait();
          rtc_parameter_struct rps;
          rps.year = WRITE_BCD(23);
          rps.month = WRITE_BCD(4);
          rps.date = WRITE_BCD(20);
          rps.day_of_week = WRITE_BCD(4);
          rps.hour = WRITE_BCD(23);
          rps.minute = WRITE_BCD(59);
          rps.second = WRITE_BCD(55);
          rps.display_format = RTC_24HOUR;
          rps.am_pm = RTC_AM;
          rps.factor_asyn = 0x7F;
          rps.factor_syn = 0xFF;
          rtc_init(&rps);
      }
      static void RTC_read() {
          rtc_parameter_struct rps;
          rtc_current_time_get(&rps);
          uint16_t year = READ_BCD(rps.year) + 2000;
          uint8_t month = READ_BCD(rps.month);
          uint8_t date = READ_BCD(rps.date);
          uint8_t week = READ_BCD(rps.day_of_week);
          uint8_t hour = READ_BCD(rps.hour);
          uint8_t minute = READ_BCD(rps.minute);
          uint8_t second = READ_BCD(rps.second);
          printf("%d-%d-%d %d %d:%d:%d\r\n", year, month, date, week, hour, minute, second);
      }
      int main(void)
      {
          nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2);
          systick_config();
          Usart0_init();
          RTC_config();
          while(1) {
              RTC_read();
              delay_1ms(1000);
          }
      }

      RTC时钟备份寄存器

      RTC时钟有20个32位(共80字节)通用备份寄存器,能够在省电模式下保存数据。通过备份寄存器可以实现只配置一次时间即可。

      注意：如果在尝试向RTC_BKP0写入数据之前或之后调用了rcu_bkp_reset_enable()，那么这确实会导致写入的数据在系统复位后丢失，因为RTC备份寄存器会被复位重置。因此，要确保在向RTC备份寄存器写入数据并期望这些数据在复位后仍然有效时，不能调用rcu_bkp_reset_enable()。

      if( RTC_BKP0 == 0xf234 ){	
      	//说明不是第一次初始化，可以不用重新设置时间
      }else{//如果后备寄存器0 的值 不为 0XF234
          //设置后备寄存器0的值为 0XF234，标记已经初始化过RTC
          RTC_BKP0 = 0xf234;
          //初始化RTC时间
          RtcTimeConfig(0x23,0x07,0x12,0x03,0x12,0x59,0x50);
      }

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      总结

      1. 理解了RTC的基本原理，包括其在实时时钟设计中的作用和结构。
      2. 掌握了初始化RTC的步骤，包括加载依赖、配置时钟源和初始化RTC等。
      3. 理解了设置时间的方法，包括配置时钟参数和异步同步分频器的数值等。
      4. 掌握了读取时间的操作，包括BCD格式转换和从RTC中获取日期和时间信息。