代码收藏家技术教程 2024-09-05

STM32快速回顾系列（九）：RTC时钟模块详解

文章目录

前言

一、RTC是什么？RTC的工作原理？

二、库函数以及示例

1.标准库函数

2.示例代码

总结

前言

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。

unix时间戳： Unix 时间戳是从1970年1月1日（UTC/GMT的午夜）开始所经过的秒数，不考虑闰秒。
STM32相较于51的外接时钟寄存器DS1302，STM32内部计时是没有年月日，时分秒寄存器的。STM32是利用单独的秒寄存器，以1970年1月1日为0，进行每秒自增的定时器计数。

当前为1723138563秒，转换后再加上1970年就是当前时间
闰秒：由于地球自转的影响，每天有一定的计数误差，闰秒规定，当误差大于0.9秒。当前计数分钟会出现61秒，然后下一分钟再从0开始计数。
这样减少了硬件的负担，但是增加软件转换的麻烦。于是STM32定义了time.h 头文件。专门用于转换时间。

（BKP）备份寄存器是42个16位的寄存器（中容量，小容量为10个16位的寄存器，20字节），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。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。

一、RTC是什么？RTC的工作原理？

RTC(Real Time Clock):实时时钟,是指可以像时钟一様输出实际时间的电子设备，一般会是集成电路，因此也称为时钟芯片。总之，RTC只是个能靠电池维持运行的32位定时器，并不像实时时钟芯片，读出来就是年月日。RTC就只一个定时器而已，掉电之后所有信息都会丢失，因此我们需要找一个地方来存储这些信息，于是就找到了备份寄存器（BKP）。因为它掉电后仍然可以通过纽扣电池供电，所以能时刻保存这些数据。 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。

TIPS: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

下图中RTC数据有三条，RTC_Second(秒中断)、RTC_Overflow(溢出事件)和RTC_Alarm(闹钟中断)，以及最下方的WKUP(唤醒，常用于PA0引脚)，用来进行中断控制，增加了闹钟和休眠唤醒等功能。

RTC_PRL：计数目标（写入n，就是n+1分频）；

RTC_DIV：自减计数器，每来一个输入时钟，DIV的值自减一次，减到0后再来一个时钟，从PRL获取到重装值继续自减；

RTC_CNT：Unix时间戳的秒计数器；

RTC_ALR：闹钟寄存器，当CNT=ALR时会产生RTC_Alarm闹钟信号，就能进入右边的中断系统；同时也可以让STM32退出待机模式；

中断：RTC_Second，秒中断：开启后每秒进一次RTC中断；RTC_Overflow，溢出中断：CNT溢出；RTC_Alarm，闹钟中断：CNT=ALR时会触发中断，同时也可以让STM32退出待机模式；

图中浅灰色的部分都是属于备份域的,在VDD掉电时可在VBAT的驱动下继续运行.这部分仅包括RTC的分频器,计数器,和闹钟控制器.若VDD电源有效,RTC可以触发RTC_Second(秒中断)、RTC_Overflow(溢出事件)和RTC_Alarm(闹钟中断).从结构图可以看到到,其中的定时器溢出事件无法被配置为中断.如果STM32原本处于待机状态,可由闹钟事件或WKUP事件(外部唤醒事件,属于EXTI模块,不属于RTC)使它退出待机模式.闹钟事件是在计数器RTC_CNT的值等于闹钟寄存器RTC_ALR的值时触发的.

因为RTC的寄存器是属于备份域,所以它的所有寄存器都是16位的.它的计数RTC_CNT的32位由RTC_CNTL和RTC_CNTH两个寄存器组成,分别保存计数值的低16位和高16位.在配置RTC模块的时钟时,把输入的32768Hz的RTCCLK进行32768分频得到实际驱动计数器的时钟TR_CLK = RTCCLK/37768 = 1Hz,计时周期为1秒,计时器在TR_CLK的驱动下计数,即每秒计数器RTC_CNT的值加1(常用)

RTC只是一个时钟，但与RTC相连的有两个系统时钟，一个是APB1接口的PCLK1另一个是RTC时钟。这样，RTC功能也就分为两个部分：第一部分，APB1接口部分，与APB1总线相连，MCU也就是通过这条总线对其进行读写操作。另一部分，RTC核，由一系列可编程计数器组成，这部分又再细分为两个组件：预分频模块与32位可编程计数器。预分频模块用来产生最长为1秒的RTC时间基准，而32位的可编程的计数器可被初始化为当前的系统时间。

电路图简化：

流程(会按照流程写出代码即可)：
1. 使能电源时钟和备份区域时钟
2. 取消备份区写保护
3. 复位备份区域，开启外部低速振荡器
4. 选择 RTC 时钟，并使能
5. 设置 RTC 的分频，以及配置 RTC 时钟
6. 更新配置，设置 RTC 中断分组
7. 编写中断服务函数

RTC 相关的库函数在文件 stm32f10x_rtc.c 和 stm32f10x_rtc.h 文件中， BKP 相关的库函数在
文件 stm32f10x_bkp.c 和文件 stm32f10x_bkp.h 文件中

二、库函数以及示例

1.标准库函数

1、RTC时钟源和时钟操作函数；
void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t CLKSource);//时钟源选择；
void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState);//时钟使能；
2、RTC初始化函数
ErrorStatus RTC_Init(RTC_InitTypeDef* RTC_InitStruct);
trypedef struct
{
uint32_t RTC_HourFormat;//小时格式：24/12
uint32_t RTC_AsynchPrediv;//异步分频系数
uint32_t RTC_SynchPrediv;//同步分频系数；
}RTC_InitTypeDef;
3、日历配置相关函数
ErrorStatus RTC_SetTime(uint32_t RTC_Format,RTC_TimeTypeDef* RTC_TimeStruct);数值当前时间
void RTC_GetTime(uint32_t RTC_Format,RTC_TimeTypeDef* RTC_TimeStruct);
ErrorStatus RTC_SetDate(uint32_t RTC_Format,RTC_Dae TypeDef* RTC_DataStruct);
void RTC_GetDate(uint32_t RTC_Format,RTC_Date TypeDef* RTC_DateStruct);
uint32_t RTC_GetSubSecond(void);
4、RTC闹钟相关函数
ErrorStatus RTC_AlarmCmd(uint32_t RTC_Alarm,FunctionalState NewState);
void RTC_SetAlarm();
void RTC_GetAlarm();
void RTC_AlarmSubSecondConfig();
uint32_t RTC_GetAlarmSubSecond(uint32_t RTC_Alarm);
5、RTC周期唤醒相关函数：
void RTC_WakeUpClockConfig();
void RTC_SetWakeUpCounter();
uint32_t RTC_GetWakeUpCounter(void);
RTC_WakeUpCmd(DISABLE);//关闭WAKEUP
6、RTC中断配置以及状态相关函数
void RTC_ITConfig();
FlagStatus RTC_GetFlgStatus(uint32_t RTC_FLAG);
void RTC_ClearFlag(uint32_t RTC_FLAG);
ITStatus RTC_GetITStatus(uint32_t RTC_IT);
void RTC_ClearITPendingBit();
7、RTC相关约束函数
void RTC_WriteProtectionCmd();//取消写保护
ErrorStatus RTC_EnterInitNode();//进入配hi模式，RTC_ISR_INITF位设置位1
void RTC_ExitInitMode(void);//退出初始化模式
8、其他函数
uint32_t RTC_ReadBackupRegister();
void RTC_WriteBackupRegister();
void RTC_ITConfig();

RTC_ITConfig 使能或者失能指定的 RTC 中断
RTC_EnterConfigMode 进入 RTC 配置模式
RTC_ExitConfigMode 退出 RTC 配置模式
RTC_GetCounter 获取 RTC 计数器的值
RTC_SetCounter 设置 RTC 计数器的值
RTC_SetPrescaler 设置 RTC 预分频的值
RTC_SetAlarm 设置 RTC 闹钟的值
RTC_GetDivider 获取 RTC 预分频分频因子的值
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(RTC_CNT, RTC_ALR and RTC_PRL)与 RTC 的 APB 时钟同步
RTC_GetFlagStatus 检查指定的 RTC 标志位设置与否
RTC_ClearFlag 清除 RTC 的待处理标志位
RTC_GetITStatus 检查指定的 RTC 中断发生与否
RTC_ClearITPendingBit 清除 RTC 的中断待处理位

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。
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
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。取消备份区域写保护的库函数实现方法是：
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能 RTC 和后备寄存器访问
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。
BKP_DeInit();//复位备份区域
RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);// 开启外部低速振荡器

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。
RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //选择 LSE 作为 RTC 时钟

对于 RTC 时钟的选择，还有 RCC_RTCCLKSource_LSI 和 RCC_RTCCLKSource_HSE_Div128两个，顾名思义，前者为 LSI，后者为 HSE 的 128 分频，这在时钟系统章节有讲解过。使能 RTC 时钟的函数是：
RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //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）。下面我们一一这些步骤用到的库函数：在进行 RTC 配置之前首先要打开允许配置位(CNF)，库函数是：
RTC_EnterConfigMode();/// 允许配置
在配置完成之后，千万别忘记更新配置同时退出配置模式，函数是：

RTC_ExitConfigMode();//退出配置模式，更新配置

设置 RTC 时钟分频数，库函数是：
void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);
这个函数只有一个入口参数，就是 RTC 时钟的分频数，很好理解。
然后是设置秒中断允许， RTC 使能中断的函数是：
void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState)；

这个函数的第一个参数是设置秒中断类型，这些通过宏定义定义的。对于使能秒中断方法是：
RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE); //使能 RTC 秒中断
下一步便是设置时间了，设置时间实际上就是设置 RTC 的计数值，时间与计数值之间是需要换算的。库函数中设置 RTC 计数值的方法是：
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue)//最后在配置完成之后

6.更新配置，设置 RTC 中断分组。
在设置完时钟之后，我们将配置更新同时退出配置模式，这里还是通过 RTC_CRH 的 CNF
来实现。
RTC_ExitConfigMode();//退出配置模式，更新配置
在退出配置模式更新配置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。

往备份区域写用户数据的函数是：
void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data)；

这个函数的第一个参数就是寄存器的标号了，这个是通过宏定义定义的。比如我们要往
BKP_DR1 写入 0x5050，方法是：
BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5050);

同时，有写便有读，读取备份区域指定寄存器的用户数据的函数是
uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR)；

编写中断服务函数
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
oled 模块上。

2.示例代码

代码如下（示例）：

//初始化配置
void MyRTC_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);		//开启PWR的时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);		//开启BKP的时钟
	
	/*备份寄存器访问使能*/
	PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);				      //使用PWR开启对备份寄存器的访问
	
    //通过写入备份寄存器的标志位，判断RTC是否是第一次配置
	if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5)
	{
		RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);							//开启LSE时钟
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) != SET);	//等待LSE准备就绪
		
        
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);				//选择RTCCLK来源为LSE
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);								//RTCCLK使能
		
		RTC_WaitForSynchro();								//等待同步
		RTC_WaitForLastTask();								//等待上一次操作完成
		
		RTC_SetPrescaler(32768 - 1);	//设置RTC预分频器，预分频后的计数频率为1Hz
		RTC_WaitForLastTask();			//等待上一次操作完成
		
		MyRTC_SetTime();	//设置时间，调用此函数，全局数组里时间值刷新到RTC硬件电路
		
        //在备份寄存器写入自己规定的标志位，用于判断RTC是不是第一次执行配置
		BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5);
	}
	else													//RTC不是第一次配置
	{
		RTC_WaitForSynchro();								//等待同步
		RTC_WaitForLastTask();								//等待上一次操作完成
	}
}
 
//设置时间
uint16_t MyRTC_Time[] = {2023, 1, 1, 23, 59, 55};
void MyRTC_SetTime(void)
{
	time_t time_cnt;		//定义秒计数器数据类型
	struct tm time_date;	//定义日期时间数据类型
	
	time_date.tm_year = MyRTC_Time[0] - 1900;		//将数组的时间赋值给日期时间结构体
	time_date.tm_mon = MyRTC_Time[1] - 1;
	time_date.tm_mday = MyRTC_Time[2];
	time_date.tm_hour = MyRTC_Time[3];
	time_date.tm_min = MyRTC_Time[4];
	time_date.tm_sec = MyRTC_Time[5];
	
	time_cnt = mktime(&time_date) - 8 * 60 * 60;	//调用mktime函数，将日期时间转换为秒计数器格式
													//- 8 * 60 * 60为东八区的时区调整
	
	RTC_SetCounter(time_cnt);						//将秒计数器写入到RTC的CNT中
	RTC_WaitForLastTask();							//等待上一次操作完成
}

江科大STM32例程

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <time.h>

uint16_t MyRTC_Time[] = {2023, 1, 1, 23, 59, 55};

void MyRTC_SetTime(void);

void MyRTC_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
	
	PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
	
	if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5)
	{
		BKP_DeInit();
	
		RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET);
		
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
		
		RTC_WaitForSynchro();
		RTC_WaitForLastTask();
		
		RTC_SetPrescaler(32767);
		RTC_WaitForLastTask();
		
		MyRTC_SetTime();
		
		BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5);
	}
	else
	{
		RTC_WaitForSynchro();
		RTC_WaitForLastTask();
	}
}

/*
void MyRTC_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
	
	PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
	
	if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5)
	{
		BKP_DeInit();
	
		RCC_LSICmd(ENABLE);
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) == RESET);
		
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
		
		RTC_WaitForSynchro();
		RTC_WaitForLastTask();
		
		RTC_SetPrescaler(40000 - 1);
		RTC_WaitForLastTask();
		
		MyRTC_SetTime();
		
		BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5);
	}
	else
	{
		RCC_LSICmd(ENABLE);
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) == RESET);
		
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
		
		RTC_WaitForSynchro();
		RTC_WaitForLastTask();
	}
}*/

void MyRTC_SetTime(void)
{
	time_t time_cnt;
	struct tm time_date;
	
	time_date.tm_year = MyRTC_Time[0] - 1900;
	time_date.tm_mon = MyRTC_Time[1] - 1;
	time_date.tm_mday = MyRTC_Time[2];
	time_date.tm_hour = MyRTC_Time[3];
	time_date.tm_min = MyRTC_Time[4];
	time_date.tm_sec = MyRTC_Time[5];
	
	time_cnt = mktime(&time_date) - 8 * 60 * 60;
	
	RTC_SetCounter(time_cnt);
	RTC_WaitForLastTask();
}

void MyRTC_ReadTime(void)
{
	time_t time_cnt;
	struct tm time_date;
	
	time_cnt = RTC_GetCounter() + 8 * 60 * 60;
	
	time_date = *localtime(&time_cnt);
	
	MyRTC_Time[0] = time_date.tm_year + 1900;
	MyRTC_Time[1] = time_date.tm_mon + 1;
	MyRTC_Time[2] = time_date.tm_mday;
	MyRTC_Time[3] = time_date.tm_hour;
	MyRTC_Time[4] = time_date.tm_min;
	MyRTC_Time[5] = time_date.tm_sec;
}