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发表于2013-1-28 20:11
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【连载】【ALIENTEK 战舰STM32开发板】STM32开发指南--第二十章 RTC实时时钟实验
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第二十章 RTC实时时钟实验
前面我们介绍了两款液晶模块,这一章我们将介绍STM32的内部实时时钟(RTC)。在本章中,我们将使用ALIENTEK 2.8寸TFTLCD模块来显示日期和时间,实现一个简单的时钟。另外,本章将顺带向大家介绍BKP的使用。本章分为如下几个部分:
20.1 STM32 RTC时钟简介
20.2 硬件设计
20.3 软件设计
20.4 下载验证
20.1 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。
接下来,我们介绍一下RTC相关的几个寄存器。首先要介绍的是RTC的控制寄存器,RTC总共有2个控制寄存器RTC_CRH和RTC_CRL,两个都是16位的。RTC_CRH的各位描如图20.1.2所示:
图20.1.2 RTC_CRH寄存器各位描述
该寄存器用来控制中断的,我们本章将要用到秒钟中断,所以在该寄存器必须设置最低位为1,以允许秒钟中断。我们再看看RTC_CRL寄存器。该寄存器各位描述如图20.1.3所示:
图20.1.3 RTC_CRL寄存器各位描述
本章我们用到的是该寄存器的0、3~5这几个位,第0位是秒钟标志位,我们在进入闹钟中断的时候,通过判断这位来决定是不是发生了秒钟中断。然后必须通过软件将该位清零(写0)。第3位为寄存器同步标志位,我们在修改控制寄存器RTC_CRH/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,在没同步的情况下修改RTC_CRH/CRL的值是不行的。第4位为配置标位,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。第5位为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操作。
第二个要介绍的寄存器是RTC预分频装载寄存器,也有2个寄存器组成,RTC_PRLH和RTC_PRLL。这两个寄存器用来配置RTC时钟的分频数的,比如我们使用外部32.768K的晶振作为时钟的输入频率,那么我们要设置这两个寄存器的值为32767,以得到一秒钟的计数频率。RTC_PRLH的各位描述如图20.1.4所示:
图20.1.4 RTC_PRLH寄存器各位描述
从图20.1.4可以看出,RTC_PRLH只有低四位有效,用来存储PRL的19~16位。而PRL的前16位,存放在RTC_PRLL里面,寄存器RTC_PRLL的各位描述如图20.1.5所示:
图20.1.5 RTC_PRLL寄存器各位描述
在介绍完这两个寄存器之后,我们介绍RTC预分频器余数寄存器,该寄存器也有2个寄存器组成RTC_DIVH和RTC_DIVL,这两个寄存器的作用就是用来获得比秒钟更为准确的时钟,比如可以得到0.1秒,或者0.01秒等。该寄存器的值自减的,用于保存还需要多少时钟周期获得一个秒信号。在一次秒钟更新后,由硬件重新装载。这两个寄存器和RTC预分频装载寄存器的各位是一样的,这里我们就不列出来了。
接着要介绍的是RTC最重要的寄存器,RTC计数器寄存器RTC_CNT。该寄存器由2个16位的寄存器组成RTC_CNTH和RTC_CNTL,总共32位,用来记录秒钟值(一般情况下)。此两个计数器也比较简单,我们也不多说了。注意一点,在修改这个寄存器的时候要先进入配置模式。
最后我们介绍RTC部分的最后一个寄存器,RTC闹钟寄存器,该寄存器也是由2个16为的寄存器组成RTC_ALRH和RTC_ALRL。总共也是32位,用来标记闹钟产生的时间(以秒为单位),如果RTC_CNT的值与RTC_ALR的值相等,并使能了中断的话,会产生一个闹钟中断。该寄存器的修改也要进入配置模式才能进行。
因为我们使用到备份寄存器来存储RTC的相关信息(我们这里主要用来标记时钟是否已经经过了配置),我们这里顺便介绍一下STM32的备份寄存器。
备份寄存器是42个16位的寄存器(战舰开发板就是大容量的),可用来存储84个字节的用户应用程序数据。他们处在备份域里,当VDD电源被切断,他们仍然由VBAT维持供电。即使系统在待机模式下被唤醒,或系统复位或电源复位时,他们也不会被复位。
此外,BKP控制寄存器用来管理侵入检测和RTC校准功能,这里我们不作介绍。
复位后,对备份寄存器和RTC的访问被禁止,并且备份域被保护以防止可能存在的意外的写操作。执行以下操作可以使能对备份寄存器和RTC的访问:
1)通过设置寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN位来打开电源和后备接口的时钟
2)电源控制寄存器(PWR_CR)的DBP位来使能对后备寄存器和RTC的访问。
我们一般用BKP来存储RTC的校验值或者记录一些重要的数据,相当于一个EEPROM,不过这个EEPROM并不是真正的EEPROM,而是需要电池来维持它的数据。关于BKP的详细介绍请看《STM32参考手册》的第47页,5.1一节。
最后,我们还要介绍一下备份区域控制寄存器RCC_BDCR。该寄存器的个位描述如图20.1.6所示:
图20.1.6 RCC_ BDCR寄存器各位描述
RTC的时钟源选择及使能设置都是通过这个寄存器来实现的,所以我们在RTC操作之前先要通过这个寄存器选择RTC的时钟源,然后才能开始其他的操作。
寄存器介绍就给大家介绍到这里了,我们下面来看看要经过哪几个步骤的配置才能使RTC正常工作。RTC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。这个通过RCC_APB1ENR寄存器来设置。
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。
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。
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。
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)。
6
)更新配置,设置RTC
中断。
在设置完时钟之后,我们将配置更新,这里还是通过RTC_CRH的CNF来实现。在这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。
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。接下来我们将进行下一步的工作。
20.2 硬件设计
本实验用到的硬件资源有:
1) 指示灯DS0
2) 串口
3) TFTLCD模块
4) RTC
前面3个都介绍过了,而RTC属于STM32内部资源,其配置也是通过软件设置好就可以了。不过RTC不能断电,否则数据就丢失了,我们如果想让时间在断电后还可以继续走,那么必须确保开发板的电池有电(ALIENTEK战舰STM32开发板标配是有电池的)。
20.3 软件设计
打开上一章的工程,首先在HARDWARE文件夹下新建一个RTC的文件夹。然后打开USER文件夹下的工程,新建一个rtc.c的文件和rtc.h的头文件,保存在RTC文件夹下,并将RTC文件夹加入头文件包含路径。
由于篇幅所限,rtc.c中的代码,我们不全部贴出了,这里针对几个重要的函数,进行简要说明,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)
{
//检查是不是第一次配置时钟
u8 temp=0;
if(BKP->DR1!=0X5050)//第一次配置
{
RCC->APB1ENR|=1<<28; //使能电源时钟
RCC->APB1ENR|=1<<27; //使能备份时钟
PWR->CR|=1<<8; //取消备份区写保护
RCC->BDCR|=1<<16; //备份区域软复位
RCC->BDCR&=~(1<<16); //备份区域软复位结束
RCC->BDCR|=1<<0; //开启外部低速振荡器
while((!(RCC->BDCR&0X02))&&temp<250)//等待外部时钟就绪
{
temp++;
delay_ms(10);
};
if(temp>=250)return 1; //初始化时钟失败,晶振有问题 RCC->BDCR|=1<<8; //LSI作为RTC时钟
RCC->BDCR|=1<<15; //RTC时钟使能
while(!(RTC->CRL&(1<<5))); //等待RTC寄存器操作完成
while(!(RTC->CRL&(1<<3))); //等待RTC寄存器同步
RTC->CRH|=0X01; //允许秒中断
while(!(RTC->CRL&(1<<5))); //等待RTC寄存器操作完成
RTC->CRL|=1<<4; //允许配置
RTC->PRLH=0X0000;
RTC->PRLL=32767; //时钟周期设置(有待观察,看是否跑慢了?)理论值:32767 RTC_Set(2012,9,7,13,16,55); //设置时间
RTC->CRL&=~(1<<4); //配置更新
while(!(RTC->CRL&(1<<5))); //等待RTC寄存器操作完成 BKP->DR1=0X5050;
printf("FIRST TIME\n");
}else//系统继续计时
{
while(!(RTC->CRL&(1<<3))); //等待RTC寄存器同步
RTC->CRH|=0X01; //允许秒中断
while(!(RTC->CRL&(1<<5))); //等待RTC寄存器操作完成
printf("OK\n");
}
MY_NVIC_Init(0,0,RTC_IRQChannel,2); //优先级设置
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,该函数通过判断BKP->DR1的值,来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.
//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};
//syear,smon,sday,hour,min,sec:年月日时分秒
//返回值:设置结果。0,成功;1,失败。
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;t
{
if(Is_Leap_Year(t))seccount+=31622400;//闰年的秒钟数
else seccount+=31536000; //平年的秒钟数
}
smon-=1;
for(t=0;t
{
seccount+=(u32)mon_table[t]*86400;//月份秒钟数相加
if(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
//设置时钟
RCC->APB1ENR|=1<<28;//使能电源时钟
RCC->APB1ENR|=1<<27;//使能备份时钟
PWR->CR|=1<<8; //取消备份区写保护
//上面三步是必须的!
RTC->CRL|=1<<4; //允许配置
RTC->CNTL=seccount&0xffff;
RTC->CNTH=seccount>>16;
RTC->CRL&=~(1<<4);//配置更新
while(!(RTC->CRL&(1<<5)));//等待RTC寄存器操作完成
RTC_Get();//设置完之后更新一下数据
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->CRL&0x0001) //秒钟中断
{
RTC_Get(); //更新时间
//printf("sec:%d\r\n",calendar.sec);
}
if(RTC->CRL&0x0002) //闹钟中断
{
RTC->CRL&=~(0x0002); //清闹钟中断
//printf("Alarm!\n");
}
RTC->CRL&=0X0FFA; //清除溢出,秒钟中断标志
while(!(RTC->CRL&(1<<5))); //等待RTC寄存器操作完成
}
此部分代码比较简单,我们通过RTC->CRL的不同位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。保存rtc.c,然后将rtc.c加入HARDWARE组下,在rtc.h里面输入如下代码:
#ifndef __RTC_H
#define __RTC_H
//时间结构体
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;
extern _calendar_obj calendar; //日历结构体
void Disp_Time(u8 x,u8 y,u8 size); //在制定位置开始显示时间
void Disp_Week(u8 x,u8 y,u8 size,u8 lang); //在指定位置显示星期
u8 RTC_Init(void); //初始化RTC,返回0,失败;1,成功;
u8 Is_Leap_Year(u16 year); //平年,闰年判断
u8 RTC_Get(void); //更新时间
u8 RTC_Get_Week(u16 year,u8 month,u8 day);
u8 RTC_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec);//设置时间
#endif
从上面代码可以看到_calendar_obj结构体所包含的东西,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。
在test.c里面,我们修改代码如下:
int main(void)
{
u8 t;
Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置
uart_init(72,9600); //串口初始化为9600
delay_init(72); //延时初始化
LED_Init(); //初始化与LED连接的硬件接口
LCD_Init(); //初始化LCD
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)",
};
将RTC_Set加入了usmart,同时去掉了上一章的设置(减少代码量),这样通过串口就可以直接设置RTC时间了。
至此,RTC实时时钟的软件设计就完成了,接下来就让我们来检验一下,我们的程序是否正确了。
20.4 下载验证
将程序下载到战舰STM32后,可以看到DS0不停的闪烁,提示程序已经在运行了。同时可以看到TFTLCD模块开始显示时间,实际显示效果如图20.4.1所示:
图20.4.1 RTC实验测试图
如果时间不正确,大家可以用上一章介绍的方法,通过串口调用RTC_Set来设置一下当前时间。
《STM32开发指南》第二十章 RTC实时时钟实验.rar
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实验15 RTC实验.rar
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