【STM32】RTC实时时钟概述、寄存器、库函数（RTC一般步骤）
STM32F1xx官方资料：
《STM32中文参考手册V10》-第16章 实时时钟(RTC)
RTC实时时钟
RTC实时时钟简介
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。
BKP备份寄存器简介
备份寄存器是42个16位的寄存器，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。当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。在本文中，使用备份寄存器来存储RTC的相关信息（标记时钟是否已经经过了配置）。
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。
- 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；
- 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。
RTC实时时钟的主要特征
- 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；
- 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；
- 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。
RTC工作原理
RTC工作原理框图
由工作框图可以看出，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：
- 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；
- 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；如果溢出，可以产生溢出中断。
复位过程
- 除了RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器外，所有的系统寄存器都由系统复位或电源复位进行异步复位。
- RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器仅能通过备份域复位信号复位。
读RTC寄存器
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。
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)。简单地讲，在APB1接口被禁止（复位、无时钟或断电）的情况下，RTC核仍保持运行状态。接着，重新打开APB1接口，此时必须等待RTC_CRL寄存器中的RSF位（寄存器同步标志）被硬件置1，同步之后，读RTC寄存器的值才不会有误。
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寄存器的RSF位被硬件置1。
写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。
RTC相关配置寄存器
RTC控制寄存器高位（RTC_CRH）
作用：配置3个专门的可屏蔽中断（溢出中断、闹钟中断、秒中断）使能。
RTC控制寄存器低位（RTC_CRL）
作用：RTC操作是否完成判断、配置模式判断、寄存器同步判断、3个中断的标志位。
这个寄存器尤其重要（尤其是位5、位4、位3）：
- 写任何寄存器之前，必须判断上一次写操作已经结束，也就是判断RTOFF位是否置1；
- 写CNT、ALR、PRL寄存器，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；
- 读任何寄存器，必须先判断RSF位，确定已经同步。
RTC预分频装载寄存器（RTC_PRLH、RTC_PRLL）
作用：配置RTC预分频装载值，这个值是20bit长度。
根据这个寄存器的值可以确定，TR_CLK和RTCCLK之间的关系公式：
fTR_CLK=fRTCCLK/(PRL+1)
如果输入时钟频率是32.768kHz（fRTCCLK，也就是以LSE作为时钟源)，这个寄存器中写入7FFFh（32767）可获得周期为1秒钟的信号。
RTC预分频器余数寄存器（RTC_DIVH、RTC_DIVL）
作用：获得预分频计数器的当前值，也就是从RTC预分频装载寄存器倒数到0之间的一个值（以RTCCLK为时钟）。
RTC计数器寄存器（RTC_CNTH、RTC_CNTL）
作用：存放计数器内的计数值（以TR_CLK为时钟）。
注意：由于RTC预分频器余数寄存器以RTCCLK为时钟，而RTC计数器寄存器以TR_CLK为时钟，而RTCCLK的时钟通常远远大于TR_CLK，所以利用RTC预分频器余数寄存器可以获得更准确的控制。比如，RTC计数器寄存器存储当前时间，精确到秒；但是利用由于RTC预分频器余数寄存器，可以在RTC预分频装载寄存器倒数到0的平均数处停下，从而达到0.5秒的更精确时间。
RTC闹钟寄存器（RTC_ALRH、RTC_ALRL）
作用：当RTC计数器寄存器的值与RTC闹钟寄存器的值相等的时候，触发一个闹钟事件，产生一个闹钟中断。
读写RTC寄存器的步骤
读RTC寄存器
- 查询RSF位（寄存器同步标志位），直至RSF的值变成1；
- 对一个或多个RTC寄存器进行读操作。
写RTC寄存器
- 查询RTOFF位（RTC操作关闭位），直到RTOFF的值变为1 ；
- 置CNF位（配置标志位）值为1，进入配置模式（仅仅PRL、CNT、ALR寄存器）；
- 对一个RTC寄存器进行写操作；
- 清除CNF标志位，退出配置模式（仅仅PRL、CNT、ALR寄存器）；
- 查询RTOFF，直至RTOFF位变为1以确认写操作已经完成。
也就是说：对寄存器的写操作，无论是设置中断使能等等，每操作一次就需要查询一次RTOFF位。而对于PRL、CNT、ALR寄存器，还需要进入配置模式，这个就没有必要每操作一次就退出配置模式，可以等都配置完成了再退出。
RTC相关配置库函数
- 2个时钟源操作函数
void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t RCC_RTCCLKSource);
void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState);作用：确定RTC的时钟源，使能RTC时钟（通常选用LSE时钟源）。
- 3个参数配置函数
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue);
void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);
void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue);作用：配置预分频装载寄存器的值、计数器的值、闹钟配置。
- 1个中断配置函数
void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState);作用：配置RTC中断的选择和使能。
- 2个配置模式函数
void RTC_EnterConfigMode(void);
void RTC_ExitConfigMode(void);作用：前者允许RTC配置，后者退出配置模式。
- 2个同步函数
void RTC_WaitForLastTask(void);
void RTC_WaitForSynchro(void);作用：前者等待上次操作完成（CRL寄存器的RTOFF位），后者等待时钟同步（CRL寄存器的RSF位）。
- 4个状态位函数
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);作用：前两者获取（或清除）状态标志位，后两者为获取（或清除）中断状态标志位。
- 其他的相关函数
void PWR_BackupAccessCmd(FunctionalState NewState);
void RCC_APB1PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB1Periph, FunctionalState NewState);
void RCC_LSEConfig(uint8_t RCC_LSE);作用：第一个函数使能BKP后备区域访问使能，第二个函数使能PWR和BKP时钟，第三个函数开启LSE时钟（这里为什么使用这几个函数？是在上文：BKP备份寄存器简介中讲到）。
void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data);
uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR);作用：上面的PWR_BackupAccessCmd()函数使能BKP后备区域使能之后，就可以通过这两个函数来读BKP的寄存器，写BKP的寄存器。
RTC一般步骤
- 使能PWR和BKP时钟。调用函数：RCC_APB1PeriphClockCmd()；
- 使能后备寄存器访问。调用函数：PWR_BackupAccessCmd()；
- 配置RTC时钟源，使能RTC时钟。调用函数：RCC_RTCCLKConfig()；RCC_RTCCLKCmd()；
- 如果使用LSE，要打开LSE：RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON)；
- 设置RTC预分频系数。调用函数：RTC_SetPrescaler()；
- 设置时间。调用函数：RTC_SetCounter()；
- 开启相关中断（如果需要）。调用函数：RTC_ITConfig()；
- 编写中断服务函数。调用函数：RTC_IRQHandler()；
- 部分操作要等待写操作完成和同步。调用函数：RTC_WaitForLastTask()；RTC_WaitForSynchro()。
下面按照这个一般步骤来进行一个简单的RTC程序：
//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; _calendar_obj calendar;//时钟结构体
static void RTC_NVIC_Config(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = RTC_IRQn; //RTC全局中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //先占优先级1位,从优先级3位
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //先占优先级0位,从优先级4位
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能该通道中断
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
}
//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;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE); //使能PWR和BKP外设时钟
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能后备寄存器访问
if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0x5050) //从指定的后备寄存器中读出数据:读出了与写入的指定数据不相乎
{
BKP_DeInit(); //复位备份区域
RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON); //设置外部低速晶振(LSE),使用外设低速晶振
while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET&&temp<250) //检查指定的RCC标志位设置与否,等待低速晶振就绪
{
temp++;
delay_ms(10);
}
if(temp>=250)return 1;//初始化时钟失败,晶振有问题
RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //设置RTC时钟(RTCCLK),选择LSE作为RTC时钟
RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //使能RTC时钟
RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
RTC_WaitForSynchro(); //等待RTC寄存器同步
RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE); //使能RTC秒中断
RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
RTC_EnterConfigMode();/// 允许配置
RTC_SetPrescaler(32767); //设置RTC预分频的值
RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
RTC_Set(2015,1,14,17,42,55); //设置时间
RTC_ExitConfigMode(); //退出配置模式
BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5050); //向指定的后备寄存器中写入用户程序数据
}
else//系统继续计时
{
RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE); //使能RTC秒中断
RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
}
RTC_NVIC_Config();//RCT中断分组设置
RTC_Get();//更新时间
return 0; //ok
}
//RTC时钟中断
//每秒触发一次
//extern u16 tcnt;
void RTC_IRQHandler(void)
{
if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_SEC) != RESET)//秒钟中断
{
RTC_Get();//更新时间
}
if(RTC_GetITStatus(RTC_IT_ALR)!= RESET)//闹钟中断
{
RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_ALR); //清闹钟中断
RTC_Get(); //更新时间
printf("Alarm Time:%d-%d-%d %d:%d:%d\n",calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date,calendar.hour,calendar.min,calendar.sec);//输出闹铃时间
}
RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_SEC|RTC_IT_OW); //清闹钟中断
RTC_WaitForLastTask();
}
//判断是否是闰年函数
//月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
//闰年 31 29 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
//非闰年 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
//输入:年份
//输出:该年份是不是闰年.1,是.0,不是
u8 Is_Leap_Year(u16 year)
{
if(year%4==0) //必须能被4整除
{
if(year%100==0)
{
if(year%400==0)return 1;//如果以00结尾,还要能被400整除
else return 0;
}else return 1;
}else return 0;
}
//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.
//月份数据表
u8 const table_week[12]={0,3,3,6,1,4,6,2,5,0,3,5}; //月修正数据表
//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};
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;t2099)return 1;
for(t=1970;t=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;
}
//获得现在是星期几
//功能描述:输入公历日期得到星期(只允许1901-2099年)
//输入参数：公历年月日
//返回值：星期号
u8 RTC_Get_Week(u16 year,u8 month,u8 day)
{
u16 temp2;
u8 yearH,yearL;
yearH=year/100; yearL=year%100;
// 如果为21世纪,年份数加100
if (yearH>19)yearL+=100;
// 所过闰年数只算1900年之后的
temp2=yearL+yearL/4;
temp2=temp2%7;
temp2=temp2+day+table_week[month-1];
if (yearL%4==0&&month<3)temp2--;
return(temp2%7);
}
int main(void)
{
u8 t=0;
delay_init(); //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
uart_init(115200); //串口初始化为115200
LED_Init(); //LED端口初始化
LCD_Init();
usmart_dev.init(SystemCoreClock/1000000); //初始化USMART
RTC_Init(); //RTC初始化
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,"2015/1/14");
//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);
};
}STM32控制程序分析
RTC_Init()函数：RTC初始化函数。
按照之前的RTC一般步骤初始化RTC函数，这里需要注意的是，为了区分是否是第一次执行RTC_Init()函数，这里使用了一个flag（向BKP_DR1寄存器写入0x5050，当然写入其他的数字也都是可以的）。
if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0x5050) //从指定的后备寄存器中读出数据:读出了与写入的指定数据不相乎
{
//第一次执行RTC_Init
BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5050); //向指定的后备寄存器中写入用户程序数据
}
else//系统继续计时
{
//不是第一次执行RTC_Init
}为什么要区分是否第一次执行RTC_Init呢？因为如果由于断电等因素，程序中断，但是RTC时钟却还是在执行中；等恢复供电，重新启动程序，这个时候就不需要再对RTC时钟进行初始化了。
同时，设置外部低速晶振（LSE），使用外设低速晶振。需要检查指定的RCC标志位设置与否，等待低速晶振就绪。
这里时间的设置是：距离1970年1月1日0点0分0秒的时间距离。其中，RTC_Get()、RTC_Set()等函数的内容涉及到时间距离转换的各种算法，就不在本文的讨论范围了。
