基于STM32的電子萬年歷系統設計

摘 要：電子萬年歷是集時間、日期、星期和溫度功能于一身，讀取直觀方便，市場發展前景廣闊的一個實用系統。本系統利用STM32內部RTC實時時鐘模塊，通過相應的軟件配置和算法設計，實現電子萬年歷的功能，可以在LCD12864顯示屏上實時顯示當前的年、月、日、時、分、秒、星期等信息，具有閏年補償功能，硬件實現簡單，界面友好，系統可靠程度高。本系統就是利用這個模塊，配合LCD12864顯示屏幕，來實時顯示當前時間。下面從理論分析、硬件電路、軟件設計等幾個方面分別說明。

關鍵詞：時鐘電路 萬年歷 STM32 LCD12864

中圖分類號：TN873 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）01（a）-0000-00

作者簡介：劉磊（1993-），男，漢族，河北蔚縣人，學歷：本科，研究方向：電氣工程及其自動化。

1 理論分析

RTC主要由兩部分組成。第一部分一是與APB1總線相連的APB1接口，它由APB1總線時鐘驅動，主要用于用戶通過APB1總線對其進行讀寫操作。第二部分是一組可編程計數器，它又由RTC預分頻模塊和RTC可編程計數模塊組成，前者用于產生1秒時間基準，后者主要用于初始化當前時鐘時間和進行時鐘計數。RTC內核完全獨立于APB1接口，軟件可以通過APB1接口來訪問預分頻值和時鐘計數器值。

要實現萬年歷功能，必須對RTC的寄存器進行相應的配置。RTC的控制寄存器有兩個，分別為RTC_CRH和RTC_CRL。對RTC_CRH的最低位置1可以允許秒中斷，這也是我們系統所需要的。在RTC_CRL中，位5到位0是有效位，分別是關于RTC關閉、配置標志、寄存器同步標志、溢出標志、鬧鐘標志和秒標志的設置。這其中也有些是需要我們注意的，比如位5為RTC操作位，該位只能由硬件操作，軟件只讀，在進行完一次RTC操作后，必須判斷該位來確定操作是否完成，若未完成，進行等待。RTC的預分頻裝載寄存器也是十分重要的寄存器之一，由RTC_PRLH和RTC_PRLL組成，主要用來配置RTC的分頻數。RTC最重要的寄存器是計數寄存器RTC_CNT，由兩個16位寄存器組成用來進行秒鐘的計數，最大計數值折合成年大概為136年。在修改RTC_CNT時需要進入配置模式。

2 硬件電路

STM32最小系統需要搭建好兩個晶振模塊，分別為32768HZ的低速晶振和8MMZ的高速晶振。然后接入復位電路，用于實現系統的復位功能。最后接入JTAG電路，就可以進行程序的下載和硬件仿真了。

LCD12864液晶顯示屏可以顯示較多的漢字和字符，程序簡單，支持串行和并行通信。在本設計中由于IO口的使用并不是很緊張，故選擇八位并行通信方式。在硬件連接方面需要注意，將顯示屏的DB0-DB7與單片機定義的八位數據口相連，并將RS、RW、EN與單片機定義的相應控制端口相連，最后根據液晶的說明書正確連接電源和背光引腳。

3 軟件設計

軟件方面首先要對STM32的RTC進行相關配置。第一步，使能電源時鐘和備份區域的時鐘，這樣這些區域才能開始正常工作。第二步，要取消備份區域的寫保護，方便對備份區域的數據進行讀寫。同時要標記時鐘已經經過配置，避免每次復位之后需要重新配置時鐘。第三步，使能外部低速振蕩器并為RTC選擇時鐘源，為萬年歷的運行提供基本的時鐘信號。第四步，使能RTC并進行相關的配置，主要包括分頻、RTC的允許配置位、更新配置和設置中斷等。這些配置為RTC按我們的需求工作提供了基礎。第五步也是十分重要的一步，編寫中斷服務函數，在中斷中需要讀出當前的時間值實現時間的實時刷新。

在程序設計方面有幾個重要的函數。首先是time_set函數，這個函數主要功能是以軟件的方式設定一個時間的起始值，也相當于現實生活中的時鐘校準。time_set函數有六個參數分別為year、month、day、hour、min、sec，用來表示用戶欲設定的年、月、日、時、分、秒，返回值為0表示設置失敗，1表示設置成功。程序算法是：若設置年份大于1970年，則將該年份減去1970再乘以一年時間對應的秒數存入某一變量，若設置月份大于1月，則將該月份減去1月乘以一月對應的秒數存入另一變量，依次類推，最后將每一個參數對應的變量相加即得到當前時間相對于1970年1月1日0時0分0秒所走過的秒數。最后將這個秒數寫入到RTC的RTC_CNT寄存器中，作為計數初值。當然在程序中也要對閏年和閏年的2月做特殊處理，不再贅述。

還有一個重要的函數是time_get函數，這個函數的主要功能是將計數器中的值讀出來并轉化為當前的時間，類似于time_set函數的逆過程。首先要將RTC_CNT寄存器中的值存入變量，用這個變量進行關于時間換算的計算。并且我們要定義一個結構體calendar來存放轉換完成后的各個變量的值。換算的方法也是簡單的數學問題，用取商和取余運算就可以得到秒數對應的年、月、日等變量的值。

對于中斷服務函數的處理也很簡單，只需要判斷標志位來確定產生的中斷是不是我們需要的秒中斷，若是則調用time_get函數刷新當前時間。

在主函數中首先要注意的是各個模塊的初始化，包括STM32系統、RTC模塊和LCD12864顯示模塊等。由于沒有外擴鍵盤，所以在下載程序時候需要進行一次時間的校準，即手動更改time_set函數的參數值。然后程序便可以進入while（1）死循環，在循環中不斷執行LCD顯示程序，因為時間是在中斷中刷新，故LCD12864也可以實時顯示當前時間，達到萬年歷的效果。

4 結論

本系統硬件電路簡單，成本低，性價比高，以軟件的方式充分利用STM32片上資源實現了萬年歷的功能，能精確顯示當前時間，系統可靠性高。

參考文獻

[1] 滕振芳，張昆.基于單片機的電子萬年歷的設計.價值工程.2010（6）056.

[2] 何乃味.基于LED點陣顯示的電子萬年歷的設計與實現.安徽電子信息職業技術學院學報.2014（1）19