實(shí)時(shí)時(shí)鐘——RTC

8.1.1 RTC初步認(rèn)識(shí)

RTC（Real Time Clock）實(shí)時(shí)時(shí)鐘，主要用于為人們提供精確的實(shí)時(shí)時(shí)間或者為系統(tǒng)提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)。RTC通常分為兩類，一類是外部時(shí)鐘芯片提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，比如DS1302時(shí)鐘芯片；另一類是CPU內(nèi)部集成RTC模塊。STM32F103內(nèi)部集成了RTC模塊，可以通過(guò)配置相應(yīng)的寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的功能。

STM32內(nèi)部有一塊特殊區(qū)域，叫做備份區(qū)域（也叫后備區(qū)域），該區(qū)域主要包含了RTC核心模塊和備份寄存器兩部分。當(dāng)STM32在系統(tǒng)電源工作的狀態(tài)下，備份區(qū)域也是通過(guò)系統(tǒng)電源供電；當(dāng)STM32的系統(tǒng)電源VDD掉電的情況下，備份區(qū)域可以自動(dòng)切換到VBAT使用備用電源如電池、電容等進(jìn)行工作，維持RTC運(yùn)行，并且保護(hù)備份寄存器數(shù)據(jù)不丟失。STM32電源部分結(jié)構(gòu)圖如圖8-1所示，如果沒(méi)有接外部電池，建議將VBAT引腳通過(guò)一個(gè)100nF的陶瓷電容與電源VDD相連。

圖8-1 STM32供電結(jié)構(gòu)圖

8.1.2 RTC基本結(jié)構(gòu)

RTC模塊主要由APB1接口和一組可編程計(jì)數(shù)器組成（RTC核心部件），如圖8-2所示。其中APB1接口部分（圖中藍(lán)色框內(nèi)）用來(lái)實(shí)現(xiàn)CPU通過(guò)APB1總線和RTC寄存器相互通信；RTC核心部分（圖中紅色框內(nèi)）由一個(gè)RTC預(yù)分頻模塊和一個(gè)32位可編程計(jì)數(shù)器組成，這部分運(yùn)行在后備區(qū)域（圖示灰底部分）。

圖8-2 RTC時(shí)鐘結(jié)構(gòu)框圖

1、 RTC的時(shí)鐘源 —— RTCCLK

RTCCLK可以通過(guò)備份域控制寄存器(RCC_BDCR)來(lái)選擇其時(shí)鐘源，可以分別用HSE/128、LSI或者LSE作為RTC時(shí)鐘源。其中HSE是高速外部時(shí)鐘，Kingst-32F1開(kāi)發(fā)板中HSE采用的是8MHz的外部晶振，該時(shí)鐘同樣也是系統(tǒng)時(shí)鐘源；LSI是低速內(nèi)部時(shí)鐘，由STM32內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生，頻率為40KHz，該時(shí)鐘源受環(huán)境影響較大；LSE為低速外部時(shí)鐘，需要外接頻率為32.768KHz的晶振，LSE是一個(gè)低功耗且精準(zhǔn)度相對(duì)較高的的時(shí)鐘源。

當(dāng)系統(tǒng)主電源關(guān)閉時(shí)，HSE無(wú)法工作，而如果采用LSI作為RTC時(shí)鐘源，一方面精度相對(duì)較低，另外一方面會(huì)有相對(duì)大的功率消耗，所以大多數(shù)情況下RTC的時(shí)鐘源是采用LSE，LSE的晶振的負(fù)載電容要求為6pF。

2、RTC預(yù)分頻****模塊

RTC預(yù)分頻模塊包含了一個(gè)20位的可編程分頻器，可以通過(guò)對(duì)預(yù)分頻裝載寄存器RTC_PRL配置，實(shí)現(xiàn)RTCCLK時(shí)鐘信號(hào)分頻，每經(jīng)過(guò)‘N+1’個(gè)時(shí)鐘周期輸出一個(gè)計(jì)時(shí)時(shí)間為1秒的RTC時(shí)間基準(zhǔn)TR_CLK，如圖8-2中左側(cè)紅框所示。如果在RTC_CR寄存器中設(shè)置了相應(yīng)的允許位（SECIE位），每個(gè)TR_CLK周期RTC會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷。通常情況下，用戶是將RTC時(shí)間基準(zhǔn)配置成1秒，因此這個(gè)中斷也常被稱為秒中斷。

圖8-2種RTC_DIV是一個(gè)只讀寄存器，它的作用是對(duì)輸入的RTCCLK進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值與預(yù)分頻寄存器中的值相匹配時(shí)，輸出TR_CLK信號(hào)，然后重新計(jì)數(shù)。用戶可以通過(guò)讀取RTC_DIV寄存器，獲取當(dāng)前的分頻計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值而不停止分頻計(jì)數(shù)器的工作。當(dāng)RTC_PRL或RTC_CNT寄存器中的數(shù)據(jù)發(fā)生改變后，RTC_DIV會(huì)由硬件重新裝載。

3、 32位的****可編程計(jì)數(shù)器

RTC核心部分的第二個(gè)模塊是一個(gè)32位可編程、向上計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，可以通過(guò)兩個(gè)16位的寄存器(RTC_CNTH或RTC_CNTL)訪問(wèn)。此計(jì)數(shù)器以TR_CLK時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)滿后溢出，并且產(chǎn)生溢出標(biāo)志位。當(dāng)TR_CLK的周期為1秒時(shí)，計(jì)數(shù)器從0到溢出大概需要136年。

計(jì)數(shù)器按照TR_CLK周期累加外，同時(shí)與用戶設(shè)定的RTC鬧鐘寄存器（RTC_ALR）的時(shí)間比較，一致則產(chǎn)生鬧鐘標(biāo)志，如果此時(shí)開(kāi)啟中斷，則會(huì)觸發(fā)中斷。

28.2 UNIX時(shí)間戳及時(shí)間轉(zhuǎn)換問(wèn)題

RTC模塊本質(zhì)是一個(gè)計(jì)數(shù)器，當(dāng)設(shè)置RTC預(yù)分頻模塊輸出周期為1秒的TR_CLK信號(hào)時(shí)，通過(guò)計(jì)算TR_CLK的周期數(shù)來(lái)獲取從開(kāi)始計(jì)數(shù)的0時(shí)刻到現(xiàn)在經(jīng)過(guò)的秒數(shù)。計(jì)數(shù)器為0的時(shí)刻稱之為計(jì)時(shí)元年，當(dāng)前時(shí)間為計(jì)時(shí)元年加上計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

不同人或者不同系統(tǒng)規(guī)定的計(jì)時(shí)元年可能不同，換算成當(dāng)前時(shí)間時(shí)會(huì)出現(xiàn)災(zāi)難性錯(cuò)誤。為了解決這個(gè)問(wèn)題，大部分操作系統(tǒng)普遍以格林尼治時(shí)間1970年1月1日0時(shí)0分0秒作計(jì)時(shí)元年，該時(shí)間最早在UNIX系統(tǒng)中使用，因此從計(jì)時(shí)元年到當(dāng)前時(shí)間的經(jīng)過(guò)的秒數(shù)也被稱之為UNIX時(shí)間戳。

因此使用RTC模塊時(shí)，首先要計(jì)算出當(dāng)前時(shí)間的UNIX時(shí)間戳X，然后將時(shí)間戳X寫(xiě)入到RTC_CNT寄存器中并啟動(dòng)計(jì)時(shí)。獲取當(dāng)前時(shí)間時(shí)，先讀出RTC_CNT寄存器的值，然后再加上計(jì)時(shí)元年，所得到的時(shí)間便是當(dāng)前時(shí)間。

38.3 RTC模塊基本操作

8.3.1 讀RTC寄存器

由于RTC核心部件位于后備區(qū)域，雖然RTC的寄存器讀寫(xiě)由APB1接口完成，但是APB1接口在系統(tǒng)電源掉電時(shí)是停止工作的。由于RTC核心部件和APB1接口是相互獨(dú)立的，因此他們使用不同的時(shí)鐘源，當(dāng)發(fā)生以下三種情況時(shí)，會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘不同步。

（1）發(fā)生系統(tǒng)復(fù)位或電源復(fù)位

（2）系統(tǒng)剛從待機(jī)模式喚醒

（3）系統(tǒng)剛從停機(jī)模式喚醒

當(dāng)發(fā)生以上三種情況，讀寫(xiě)RTC相關(guān)寄存器之前，必須首先檢測(cè)RTC_CRL寄存器中的RSF位，確保此位被置1，即RTC核心部件和APB1兩者時(shí)鐘同步，檢測(cè)庫(kù)函數(shù)如下：

8.3.2 配置RTC寄存器

當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后，對(duì)后備寄存器和RTC的訪問(wèn)將被禁止，這是為了防止對(duì)后備區(qū)域的意外寫(xiě)操作。因此在配置RTC模塊前應(yīng)先設(shè)置寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN位，使能電源和后備接口時(shí)鐘，代碼如下：

使能后備區(qū)域時(shí)鐘后還要使能電源的寄存器PWR_CR的DBP位來(lái)取消后備區(qū)域的寫(xiě)保護(hù)。代碼如下：

設(shè)置RTC時(shí)鐘源為L(zhǎng)SE之前要先等待LSE時(shí)鐘啟動(dòng)，保證LSE時(shí)鐘正常起振。啟動(dòng)LSE時(shí)鐘代碼為：

LSE時(shí)鐘起振成功后才可以設(shè)置RTC時(shí)鐘源為L(zhǎng)SE時(shí)鐘并使能RTC，由于RTC使用的時(shí)鐘源與APB1總線時(shí)鐘并非同一時(shí)鐘源，因此兩者的時(shí)鐘信號(hào)并不是同步的，需要等待RTC和APB1時(shí)鐘同步。

以上操作完畢后，就可以配置RTC寄存器，配置過(guò)程如下：

（1）查詢RTOFF位，直到RTOFF的值變?yōu)椤?’

（2）置CNF值為1，進(jìn)入配置模式

（3）對(duì)一個(gè)或多個(gè)RTC寄存器進(jìn)行寫(xiě)操作

（4）清除CNF標(biāo)志位，退出配置模式

（5）查詢RTOFF，直至RTOFF位變?yōu)椤?’以確認(rèn)寫(xiě)操作已經(jīng)完成。

需要注意的是，對(duì)RTC任何寄存器的寫(xiě)操作，都必須在前一次寫(xiě)操作結(jié)束后才能繼續(xù)進(jìn)行。可以通過(guò)查詢RTC_CR寄存器中的RTOFF狀態(tài)位，判斷RTC寄存器是否處于更新中，僅當(dāng)RTOFF狀態(tài)位是’1’時(shí)，才可以寫(xiě)入RTC寄存器。配置完畢后需要清除CNF標(biāo)志位（即退出配置模式）才算配置完成，否則無(wú)法更新RTC寄存器，這個(gè)過(guò)程至少需要3個(gè)RTCCLK周期。

代碼如下：

以下是RTC模塊的驅(qū)動(dòng)代碼：

RTC時(shí)鐘由于晶振精度以及環(huán)境影響等原因，會(huì)存在一些誤差，粗略測(cè)試每天會(huì)快2s左右，不同環(huán)境下誤差可能有所不同。

48.4 初識(shí)觸摸屏

觸摸屏是一種可接收觸頭等輸入信號(hào)的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺(jué)反饋可根據(jù)預(yù)先編寫(xiě)的程序驅(qū)動(dòng)各種設(shè)備，可以替代機(jī)械式按鈕，并且通過(guò)液晶顯示更加生動(dòng)的影音效果。觸摸屏提供了一種簡(jiǎn)單、方便、自然的人機(jī)交互方式，賦予了多媒體嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備，應(yīng)用非常廣泛。

8.4.1 觸摸屏的分類和特點(diǎn)

按照觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)區(qū)分，觸摸屏可以分為電阻式、電容式、紅外線式以及表面聲波式，我們常見(jiàn)的主流應(yīng)用是電阻式和電容式。

電阻觸摸屏是在顯示器表面附著一個(gè)多層復(fù)合薄膜，薄膜底層由玻璃或硬塑料構(gòu)成，頂層為光滑防擦的塑料層，上下兩層的內(nèi)表面都涂有透明導(dǎo)電層，并且相互隔離開(kāi)。上下兩個(gè)薄膜層組成一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)手指按壓屏幕時(shí)，上下導(dǎo)電層就會(huì)出現(xiàn)接觸點(diǎn)，此時(shí)在X軸和Y軸分別施加電壓，通過(guò)對(duì)比觸摸點(diǎn)電壓與施加電壓可以計(jì)算出觸摸點(diǎn)的X和Y坐標(biāo)，確定觸摸點(diǎn)的相對(duì)位置，電阻觸摸屏的結(jié)構(gòu)如圖8-3所示。

圖8-3電阻式觸摸屏結(jié)構(gòu)

電容觸摸屏是利用人體的電流感應(yīng)進(jìn)行工作的四層復(fù)合玻璃屏，內(nèi)外層都涂有特殊材料，當(dāng)手指摸在金屬層上時(shí)，由于人體電場(chǎng)，用戶和觸摸屏表面形成一個(gè)耦合電容，對(duì)于高頻電流來(lái)說(shuō)，電容是導(dǎo)體，于是手指從接觸點(diǎn)吸走一個(gè)很小的電流，這個(gè)電流從觸摸屏的四角的電極中流出，控制器通過(guò)對(duì)這四個(gè)電流比例的精確計(jì)算，得出觸摸點(diǎn)的位置，電容屏觸摸原理如圖8-4所示。

圖8-4 電容屏觸摸原理

電阻屏和電容屏之間特點(diǎn)比較：

1、電阻屏靠壓力使各層接觸，因此可以用手指、指甲、觸筆等進(jìn)行操作；電容屏利用人體的電流與觸摸屏之間形成耦合電場(chǎng)，從而觸發(fā)電容感應(yīng)系統(tǒng)，但是任何非導(dǎo)電物體如指甲、首套等無(wú)效，手寫(xiě)比較困難。

2、電阻屏精度可以達(dá)到單個(gè)顯示像素，便于手寫(xiě)，有助于在精準(zhǔn)操作；電容屏精度低，尤其是受限于手指接觸面限制，難以提高精度。

3、電阻觸屏價(jià)格比較低；電容屏成本比電阻屏貴10%到50%，在iPhone誕生之前的中低端手機(jī)大多是電阻屏，對(duì)成本不敏感的產(chǎn)品多采用電容屏。

4、電阻屏需要按下去，因此決定了他的頂部是軟的，多用塑料材質(zhì)，這使他容易產(chǎn)生劃痕，但是通常不容易摔壞；電容屏外層通常使用玻璃，外層更不容易劃壞，方便去除污跡，但是嚴(yán)重沖擊容易碎裂，當(dāng)然電容屏也有塑料材質(zhì)。

5、電阻屏不能支持多點(diǎn)同時(shí)觸摸；電容屏是可以支持多點(diǎn)同時(shí)觸摸的。

6、電阻屏在惡劣環(huán)境下可以正常工作，而電容屏操作溫度典型值是0到35度，至少5%的濕度，因此復(fù)雜的工業(yè)場(chǎng)合應(yīng)用多用電阻屏。

7、電阻屏的可視效果相比電容屏差的多，尤其在陽(yáng)光下，電容屏的可視效果優(yōu)于電阻屏。

電阻屏通常分為四線電阻屏和五線電阻屏，Kingst-32F1開(kāi)發(fā)板上的TFT-LCD采用的是4線制電阻觸摸屏。

8.4.2 觸摸屏的控制原理

電阻式觸摸屏的4個(gè)邊對(duì)應(yīng) X+、Y+、X-、Y-四個(gè)電極，這也是4線電阻觸摸屏的由來(lái)。當(dāng)有筆尖或手指按壓觸摸屏表面時(shí)，觸摸屏的電阻性表面相當(dāng)于被分隔為兩個(gè)串聯(lián)的電阻，由于觸摸屏的電阻值與觸摸點(diǎn)到接地邊之間的距離成正比，根據(jù)串聯(lián)電阻之比等于電阻兩端電壓之比的原理，只需要測(cè)量出一端電阻的電壓即可得到電阻之比，進(jìn)而計(jì)算出觸摸點(diǎn)到兩邊的距離之比，觸摸屏等效電路如圖8-5所示。

8-5觸摸屏等效電路圖

計(jì)算觸點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)主要分為以下兩步：

1. 計(jì)算X坐標(biāo)，在X+電極施加驅(qū)動(dòng)電壓U， X-電極接地，X+到 X-之間形成均勻電場(chǎng)。Y+做為引出端可以測(cè)得接觸點(diǎn)的電壓為U ref ，由于ITO層均勻?qū)щ姡|點(diǎn)電壓與Uref電壓之比等于觸點(diǎn)X坐標(biāo)與屏寬度之比。假如X+與X-之間的距離為d,則

2. 計(jì)算Y坐標(biāo)，在Y+電極施加驅(qū)動(dòng)電壓U， Y-電極接地，此時(shí)Y+到Y(jié)-之間形成均勻電場(chǎng)。X+作為引出端可以測(cè)得接觸點(diǎn)的電壓為U ref 。由于ITO層均勻?qū)щ?，觸點(diǎn)電壓與Uref之比等于觸點(diǎn)Y坐標(biāo)與屏高度之比。假如Y+與Y-之間的距離為d, 即：