RTC --- 实时时钟
一.RTC简介
实时时钟（Real Time Clock,RTC）,本质是一个计数器，计数频率为秒，专门用来记录时间。
普通定时器不可以拿来作时钟，因为普通定时器无法掉电运行。
RTC特性：
- 能提供时间（秒钟数）；
- 能在MCU掉电后运行；
- 低功耗。
| 对比因素 | 内置RTC | 外置RTC |
| 信息差异 | 通过秒/亚秒 | 提供秒信号和日历 |
| 功耗 | 功耗高 | 功耗低 |
| 体积 | 不用占用额外体积 | 体积大 |
| 成本 | 成本低 | 成本高 |
“亚秒”并非时间单位，而是转速的单位，是指没有达到秒的速度，即1GHz/1.2秒。而秒级则是以秒为单位，即速度按秒计算，1GHz/秒。
注意：
- 一般都需要设计RTC外围电路；
- 一般都可以给RTC设置独立的电源；
- 多数RTC的寄存器采用BCD码存储时间信息。
二.STM32 RTC框图介绍
使用LSE(32.768kHz)作为时钟源。
三.RTC相关寄存器介绍（F1）
<一>.后备寄存器和RTC寄存器特性
部分寄存器写保护：RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器不会被系统复位；
数据存储功能：RTC和后备寄存器不会被系统或电源复位源复位；当从待机模式唤醒时，也不会被复位。后备寄存器可用于保存掉电时的数据；
独立工作：RTC和后备寄存器通过一个开关供电，在VDD有效时该开关选择VDD供电，否则由VBAT引脚供电。在VBAT供电时仍可可继续工作；
2个独立复位：APB1接口由系统复位；RTC核心只能由后备域复位。
<二>.RTC基本配置步骤
- 使能对RTC的访问：使能PWR&&BKP时钟、使能对后备寄存器和RTC的访问权限 --- RCC_APB1ENR、PWR_CR；
- 设置RTC时钟源：激活LSE，设置RTC的计数时钟源为LSE --- RCC_BDCR;
- 进入配置模式：等待RTOFF位为1，设置CNF位为1 --- RCC_CRL；
- 设置RTC寄存器：设置分频值、计数值等，一般先只设置分频值，CNT的设置独立 --- RTC_PRL、RCC_CNT；
- 退出配置模式：清除CNF位，等待RTOFF为1即配置完成 --- RTC_CRL。
<三>.寄存器介绍
使能PWR&&BKP时钟
使能后备域和RTC的访问权限
通过RCC_BDCR配置：1，开启RTC时钟；2，开启LSE时钟；3，选择RTC计数时钟源。
RTC进入配置模式，关注的位。
复位值为0，置1可开启相关中断。
时计数器每计数一次就是1秒，即需要32768分频 。
与RTC_PRL相似的寄存器RTC_DIV可以在不停止分频计数器的工作，获得预分频计数器的当前值。
注意：进入配置模式才能对寄存器进行操作。
与RTC_CNT相似的寄存器还有RTC_ALR。
四.RTC相关HAL库驱动介绍（F1）
| 驱动函数 | 关联寄存器 | 功能描述 |
| HAL_RTC_Init（） | CRL/CRH/PRLH/PRLL | 初始化RTC |
| HAL_RTC_MspInit() | 初始化回调 | 使能RTC时钟 |
| HAL_RCC_OscConfig() | RCC_CR/PWR_CR | 开启LSE时钟源 |
| HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig() | RCC_BDCR | 设置RTC时钟源为LSE |
| HAL_PWR_EnableBKUpAccess() | PWR_CR | 使能备份域的访问权限 |
| HAL_RTCEx_BKUP Write/Read() | BKP_DRx | 读/写备份域数据寄存器 |
需要开启的时钟源：__HAL_RCC_RTC_ENABLE()、__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE()、__HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE()
五.RTC基本驱动步骤
- 使能电源时钟并使能后备域访问：__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE - 使能电源时钟；__HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE() - 使能备份时钟；HAL_PWR_EnableBkUpAccess - 使能备份访问；
- 开启LSE/选择RTC时钟源/使能RTC时钟：HAL_RCC_OscConfig - 开启LSE;HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig() - 选择RTC时钟源；__HAL_RCC_RTC_ENABLE() - 使能RTC时钟；
- 初始化RTC，设置分频值以及工作参数：HAL_RTC_Init - 初始化RTC;HAL_RTC_MspInit() - 完成RTC底层初始化工作；
- 设置RTC的日期和时间：操作寄存器方式实现rtc_set_time;
- 获取RTC当前日期和时间：定义rtc_get_time函数。
六.时间设置和读取
由于F1的RTC没有日历寄存器，使用时只存储总秒数，不利于直接设置和显示，所以还需要编写函数把时间变成我们日常的日历时间。
全局的结构体变量calendar存储时间信息。
| 驱动函数 | 功能描述 |
| rtc_get_time() | 总秒数转为日历时间 |
| rtc_is_leap_year() | 判断是否闰年 |
| uint8_t rtc_get_week() | 计算公历日历对应的星期几 |
| static long rtc_date22sec() | 日历时间转成对应总秒数 |
七.代码
驱动RTC，使用串口打印当前时间。
rtc.c
#include "./BSP/RTC/rtc.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
RTC_HandleTypeDef g_rtc_handle; /* RTC控制句柄 */
_calendar_obj calendar; /* 时钟结构体 */
/**
* @brief RTC写入后备区域SRAM
* @param bkrx : 后备区寄存器编号,范围:0~41
对应 RTC_BKP_DR1~RTC_BKP_DR42
* @param data : 要写入的数据,16位长度
* @retval 无
*/
void rtc_write_bkr(uint32_t bkrx, uint16_t data)
{
HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); /* 取消备份区写保护 */
HAL_RTCEx_BKUPWrite(&g_rtc_handle, bkrx + 1, data);
}
/**
* @brief RTC读取后备区域SRAM
* @param bkrx : 后备区寄存器编号,范围:0~41
对应 RTC_BKP_DR1~RTC_BKP_DR42
* @retval 读取到的值
*/
uint16_t rtc_read_bkr(uint32_t bkrx)
{
uint32_t temp = 0;
temp = HAL_RTCEx_BKUPRead(&g_rtc_handle, bkrx + 1);
return (uint16_t)temp; /* 返回读取到的值 */
}
/**
* @brief RTC初始化
* @note
* 默认尝试使用LSE,当LSE启动失败后,切换为LSI.
* 通过BKP寄存器0的值,可以判断RTC使用的是LSE/LSI:
* 当BKP0==0X5050时,使用的是LSE
* 当BKP0==0X5051时,使用的是LSI
* 注意:切换LSI/LSE将导致时间/日期丢失,切换后需重新设置.
*
* @param 无
* @retval 0,成功
* 1,进入初始化模式失败
*/
uint8_t rtc_init(void)
{
/* 检查是不是第一次配置时钟 */
uint16_t bkpflag = 0;
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); /* 使能电源时钟 */
__HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE(); /* 使能备份时钟 */
HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); /* 取消备份区写保护 */
bkpflag = rtc_read_bkr(0); /* 读取BKP0的值 */
g_rtc_handle.Instance = RTC;
g_rtc_handle.Init.AsynchPrediv = 32767; /*时钟周期设置,理论值：32767, 这里也可以用 RTC_AUTO_1_SECOND */
g_rtc_handle.Init.OutPut = RTC_OUTPUTSOURCE_NONE;
if (HAL_RTC_Init(&g_rtc_handle) != HAL_OK)
{
return 1;
}
if ((bkpflag != 0X5050) && (bkpflag != 0x5051)) /* 之前未初始化过，重新配置 */
{
rtc_set_time(2020, 4, 25, 20, 25, 35); /* 设置时间 */
}
__HAL_RTC_ALARM_ENABLE_IT(&g_rtc_handle, RTC_IT_SEC); /* 允许秒中断 */
HAL_NVIC_SetPriority(RTC_IRQn, 0x2, 0); /* 优先级设置 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(RTC_IRQn); /* 使能RTC中断通道 */
rtc_get_time(); /* 更新时间 */
return 0;
}
/**
* @brief RTC初始化
* @note
* RTC底层驱动，时钟配置,此函数会被HAL_RTC_Init()调用
* @param hrtc:RTC句柄
* @retval 无
*/
void HAL_RTC_MspInit(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
{
uint16_t retry = 200;
__HAL_RCC_RTC_ENABLE(); /* RTC时钟使能 */
RCC_OscInitTypeDef rcc_oscinitstruct;
RCC_PeriphCLKInitTypeDef rcc_periphclkinitstruct;
/* 使用寄存器的方式去检测LSE是否可以正常工作 */
RCC->BDCR |= 1 << 0; /* 开启外部低速振荡器LSE */
while (retry && ((RCC->BDCR & 0X02) == 0)) /* 等待LSE准备好 */
{
retry--;
delay_ms(5);
}
if (retry == 0) /* LSE起振失败 使用LSI */
{
rcc_oscinitstruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSI; /* 选择要配置的振荡器 */
rcc_oscinitstruct.LSEState = RCC_LSI_ON; /* LSI状态：开启 */
rcc_oscinitstruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE; /* PLL无配置 */
HAL_RCC_OscConfig(&rcc_oscinitstruct); /* 配置设置的rcc_oscinitstruct */
rcc_periphclkinitstruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_RTC; /* 选择要配置的外设 RTC */
rcc_periphclkinitstruct.RTCClockSelection = RCC_RTCCLKSOURCE_LSI; /* RTC时钟源选择 LSI */
HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&rcc_periphclkinitstruct); /* 配置设置的rcc_periphClkInitStruct */
rtc_write_bkr(0, 0X5051);
}
else
{
rcc_oscinitstruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSE ; /* 选择要配置的振荡器 */
rcc_oscinitstruct.LSEState = RCC_LSE_ON; /* LSE状态：开启 */
rcc_oscinitstruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE; /* PLL不配置 */
HAL_RCC_OscConfig(&rcc_oscinitstruct); /* 配置设置的rcc_oscinitstruct */
rcc_periphclkinitstruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_RTC; /* 选择要配置外设 RTC */
rcc_periphclkinitstruct.RTCClockSelection = RCC_RTCCLKSOURCE_LSE; /* RTC时钟源选择LSE */
HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&rcc_periphclkinitstruct); /* 配置设置的rcc_periphclkinitstruct */
rtc_write_bkr(0, 0X5050);
}
}
/**
* @brief RTC时钟中断
* @note 秒钟中断服务函数,顺带处理闹钟标志
* 根据RTC_CRL寄存器的 SECF 和 ALRF 位区分是哪个中断
* @param 无
* @retval 无
*/
void RTC_IRQHandler(void)
{
if (__HAL_RTC_ALARM_GET_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_SEC) != RESET) /* 秒中断 */
{
rtc_get_time(); /* 更新时间 */
__HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_SEC); /* 清除秒中断 */
//printf("sec:%d\r\n", calendar.sec); /* 打印秒钟 */
}
/* 顺带处理闹钟标志 */
if (__HAL_RTC_ALARM_GET_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_ALRAF) != RESET) /* 闹钟标志 */
{
__HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_ALRAF); /* 清除闹钟标志 */
printf("Alarm Time:%d-%d-%d %d:%d:%d\n", calendar.year, calendar.month, calendar.date, calendar.hour, calendar.min, calendar.sec);
}
__HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_OW); /* 清除溢出中断标志 */
while (!__HAL_RTC_ALARM_GET_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_RTOFF)); /* 等待RTC寄存器操作完成, 即等待RTOFF == 1 */
}
/**
* @brief 判断年份是否是闰年
* @note 月份天数表:
* 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
* @param year : 年份
* @retval 0, 非闰年; 1, 是闰年;
*/
static uint8_t rtc_is_leap_year(uint16_t year)
{
/* 闰年规则: 四年闰百年不闰，四百年又闰 */
if ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0))
{
return 1;
}
else
{
return 0;
}
}
/**
* @brief 设置时间, 包括年月日时分秒
* @note 以1970年1月1日为基准, 往后累加时间
* 合法年份范围为: 1970 ~ 2105年
HAL默认为年份起点为2000年
* @param syear : 年份
* @param smon : 月份
* @param sday : 日期
* @param hour : 小时
* @param min : 分钟
* @param sec : 秒钟
* @retval 0, 成功; 1, 失败;
*/
uint8_t rtc_set_time(uint16_t syear, uint8_t smon, uint8_t sday, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec)
{
uint32_t seccount = 0;
seccount = rtc_date2sec(syear, smon, sday, hour, min, sec); /* 将年月日时分秒转换成总秒钟数 */
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); /* 使能电源时钟 */
__HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE(); /* 使能备份域时钟 */
HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); /* 取消备份域写保护 */
/* 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 (!__HAL_RTC_ALARM_GET_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_RTOFF)); /* 等待RTC寄存器操作完成, 即等待RTOFF == 1 */
return 0;
}
/**
* @brief 设置闹钟, 具体到年月日时分秒
* @note 以1970年1月1日为基准, 往后累加时间
* 合法年份范围为: 1970 ~ 2105年
* @param syear : 年份
* @param smon : 月份
* @param sday : 日期
* @param hour : 小时
* @param min : 分钟
* @param sec : 秒钟
* @retval 0, 成功; 1, 失败;
*/
uint8_t rtc_set_alarm(uint16_t syear, uint8_t smon, uint8_t sday, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec)
{
uint32_t seccount = 0;
seccount = rtc_date2sec(syear, smon, sday, hour, min, sec); /* 将年月日时分秒转换成总秒钟数 */
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); /* 使能电源时钟 */
__HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE(); /* 使能备份域时钟 */
HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); /* 取消备份域写保护 */
/* 上面三步是必须的! */
RTC->CRL |= 1 << 4; /* 允许配置 */
RTC->ALRL = seccount & 0xffff;
RTC->ALRH = seccount >> 16;
RTC->CRL &= ~(1 << 4); /* 配置更新 */
while (!__HAL_RTC_ALARM_GET_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_RTOFF)); /* 等待RTC寄存器操作完成, 即等待RTOFF == 1 */
return 0;
}
/**
* @brief 得到当前的时间
* @note 该函数不直接返回时间, 时间数据保存在calendar结构体里面
* @param 无
* @retval 无
*/
void rtc_get_time(void)
{
static uint16_t daycnt = 0;
uint32_t seccount = 0;
uint32_t temp = 0;
uint16_t temp1 = 0;
const uint8_t month_table[12] = {31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31}; /* 平年的月份日期表 */
seccount = RTC->CNTH; /* 得到计数器中的值(秒钟数) */
seccount <<= 16;
seccount += RTC->CNTL;
temp = seccount / 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 (rtc_is_leap_year(temp1)) /* 是闰年 */
{
if (temp >= 366)
{
temp -= 366; /* 闰年的秒钟数 */
}
else
{
break;
}
}
else
{
temp -= 365; /* 平年 */
}
temp1++;
}
calendar.year = temp1; /* 得到年份 */
temp1 = 0;
while (temp >= 28) /* 超过了一个月 */
{
if (rtc_is_leap_year(calendar.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 >= month_table[temp1])
{
temp -= month_table[temp1]; /* 平年 */
}
else
{
break;
}
}
temp1++;
}
calendar.month = temp1 + 1; /* 得到月份 */
calendar.date = temp + 1; /* 得到日期 */
}
temp = seccount % 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.year, calendar.month, calendar.date); /* 获取星期 */
}
/**
* @brief 将年月日时分秒转换成秒钟数
* @note 输入公历日期得到星期(起始时间为: 公元0年3月1日开始, 输入往后的任何日期, 都可以获取正确的星期)
* 使用 基姆拉尔森计算公式 计算, 原理说明见此贴:
* https://www.cnblogs.com/fengbohello/p/3264300.html
* @param syear : 年份
* @param smon : 月份
* @param sday : 日期
* @retval 0, 星期天; 1 ~ 6: 星期一 ~ 星期六
*/
uint8_t rtc_get_week(uint16_t year, uint8_t month, uint8_t day)
{
uint8_t week = 0;
if (month < 3)
{
month += 12;
--year;
}
week = (day + 1 + 2 * month + 3 * (month + 1) / 5 + year + (year >> 2) - year / 100 + year / 400) % 7;
return week;
}
/**
* @brief 将年月日时分秒转换成秒钟数
* @note 以1970年1月1日为基准, 1970年1月1日, 0时0分0秒, 表示第0秒钟
* 最大表示到2105年, 因为uint32_t最大表示136年的秒钟数(不包括闰年)!
* 本代码参考只linux mktime函数, 原理说明见此贴:
* http://www.openedv.com/thread-63389-1-1.html
* @param syear : 年份
* @param smon : 月份
* @param sday : 日期
* @param hour : 小时
* @param min : 分钟
* @param sec : 秒钟
* @retval 转换后的秒钟数
*/
static long rtc_date2sec(uint16_t syear, uint8_t smon, uint8_t sday, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec)
{
uint32_t Y, M, D, X, T;
signed char monx = smon; /* 将月份转换成带符号的值, 方便后面运算 */
if (0 >= (monx -= 2)) /* 1..12 -> 11,12,1..10 */
{
monx += 12; /* Puts Feb last since it has leap day */
syear -= 1;
}
Y = (syear - 1) * 365 + syear / 4 - syear / 100 + syear / 400; /* 公元元年1到现在的闰年数 */
M = 367 * monx / 12 - 30 + 59;
D = sday - 1;
X = Y + M + D - 719162; /* 减去公元元年到1970年的天数 */
T = ((X * 24 + hour) * 60 + min) * 60 + sec; /* 总秒钟数 */
return T;
}
rtc.h
#ifndef __RTC_H
#define __RTC_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
/* 时间结构体, 包括年月日周时分秒等信息 */
typedef struct
{
uint8_t hour; /* 时 */
uint8_t min; /* 分 */
uint8_t sec; /* 秒 */
/* 公历年月日周 */
uint16_t year; /* 年 */
uint8_t month; /* 月 */
uint8_t date; /* 日 */
uint8_t week; /* 周 */
} _calendar_obj;
extern _calendar_obj calendar; /* 时间结构体 */
/* 静态函数 */
static uint8_t rtc_is_leap_year(uint16_t year); /* 判断当前年份是不是闰年 */
static long rtc_date2sec(uint16_t syear, uint8_t smon, uint8_t sday, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec); /* 将年月日时分秒转换成秒钟数 */
/* 接口函数 */
uint8_t rtc_init(void); /* 初始化RTC */
void rtc_get_time(void); /* 获取RTC时间信息 */
uint16_t rtc_read_bkr(uint32_t bkrx); /* 读取后备寄存器 */
void rtc_write_bkr(uint32_t bkrx, uint16_t data); /* 写后备寄存器 */
uint8_t rtc_get_week(uint16_t year, uint8_t month, uint8_t day); /* 根据年月日获取星期几 */
uint8_t rtc_set_time(uint16_t syear, uint8_t smon, uint8_t sday, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec); /* 设置时间 */
uint8_t rtc_set_alarm(uint16_t syear, uint8_t smon, uint8_t sday, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec); /* 设置闹钟时间 */
#endifmain.c
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
#include "./USMART/usmart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/RTC/rtc.h"
/* 定义字符数组用于显示周 */
char* weekdays[]={"Sunday","Monday","Tuesday","Wednesday",
"Thursday","Friday","Saterday"};
int main(void)
{
uint8_t tbuf[40];
uint8_t t = 0;
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9); /* 设置时钟, 72Mhz */
delay_init(72); /* 延时初始化 */
usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
usmart_dev.init(72); /* 初始化USMART */
led_init(); /* 初始化LED */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
rtc_init(); /* 初始化RTC */
rtc_set_alarm(2020, 4, 26, 9, 23, 45); /* 设置一次闹钟 */
lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "RTC TEST", RED);
lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
while (1)
{
t++;
if ((t % 10) == 0) /* 每100ms更新一次显示数据 */
{
rtc_get_time();
sprintf((char *)tbuf, "Time:%02d:%02d:%02d", calendar.hour, calendar.min, calendar.sec);
lcd_show_string(30, 120, 210, 16, 16, (char *)tbuf, RED);
sprintf((char *)tbuf, "Date:%04d-%02d-%02d", calendar.year, calendar.month, calendar.date);
lcd_show_string(30, 140, 210, 16, 16, (char *)tbuf, RED);
sprintf((char *)tbuf, "Week:%s", weekdays[calendar.week]);
lcd_show_string(30, 160, 210, 16, 16, (char *)tbuf, RED);
}
if ((t % 20) == 0)
{
LED0_TOGGLE(); /* 每200ms,翻转一次LED0 */
}
delay_ms(10);
}
}