什么是RTC？RTC的基礎(chǔ)知識(shí)

什么是RTC？

RTC (Real Time Clock)：實(shí)時(shí)時(shí)鐘

RTC是個(gè)獨(dú)立的定時(shí)器。RTC模塊擁有一個(gè)連續(xù)計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器，在相應(yīng)的軟件配置下，可以提供時(shí)鐘日歷的功能。修改計(jì)數(shù)器的值可以重新設(shè)置當(dāng)前時(shí)間和日期 RTC還包含用于管理低功耗模式的自動(dòng)喚醒單元。

在斷電情況下RTC仍可以獨(dú)立運(yùn)行，只要芯片的備用電源一直供電，RTC上的時(shí)間會(huì)一直走。

RTC實(shí)質(zhì)是一個(gè)掉電后還繼續(xù)運(yùn)行的定時(shí)器，從定時(shí)器的角度來(lái)看，相對(duì)于通用定時(shí)器TIM外設(shè)，它的功能十分簡(jiǎn)單，只有計(jì)時(shí)功能(也可以觸發(fā)中斷)。但其高級(jí)指出也就在于掉電之后還可以正常運(yùn)行。

兩個(gè)32位寄存器包含二進(jìn)碼十進(jìn)數(shù)格式 (BCD) 的秒、分鐘、小時(shí)（ 12 或 24 小時(shí)制）、星期幾、日期、月份和年份。此外，還可提供二進(jìn)制格式的亞秒值。系統(tǒng)可以自動(dòng)將月份的天數(shù)補(bǔ)償為 28、29（閏年）、30 和 31 天。

上電復(fù)位后，所有RTC寄存器都會(huì)受到保護(hù)，以防止可能的非正常寫訪問(wèn)。

無(wú)論器件狀態(tài)如何（運(yùn)行模式、低功耗模式或處于復(fù)位狀態(tài)），只要電源電壓保持在工作范圍內(nèi)，RTC使不會(huì)停止工作。

RTC特征

可編程的預(yù)分頻系數(shù)：分頻系數(shù)高為220。

32位的可編程計(jì)數(shù)器，可用于較長(zhǎng)時(shí)間段的測(cè)量。

2個(gè)分離的時(shí)鐘：用于APB1接口的PCLK1和RTC時(shí)鐘(RTC時(shí)鐘的頻率必須小于PCLK1時(shí)鐘 頻率的四分之一以上)。

可以選擇以下三種RTC的時(shí)鐘源：

HSE時(shí)鐘除以128；

LSE振蕩器時(shí)鐘；

LSI振蕩器時(shí)鐘

2個(gè)獨(dú)立的復(fù)位類型：

APB1接口由系統(tǒng)復(fù)位；

RTC核心(預(yù)分頻器、鬧鐘、計(jì)數(shù)器和分頻器)只能由后備域復(fù)位

3個(gè)專門的可屏蔽中斷：

1.鬧鐘中斷，用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)軟件可編程的鬧鐘中斷。

2.秒中斷，用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)可編程的周期性中斷信號(hào)(長(zhǎng)可達(dá)1秒)。

3.溢出中斷，指示內(nèi)部可編程計(jì)數(shù)器溢出并回轉(zhuǎn)為0的狀態(tài)。

RTC時(shí)鐘源

三種不同的時(shí)鐘源可被用來(lái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)鐘(SYSCLK)：

HSI振蕩器時(shí)鐘

HSE振蕩器時(shí)鐘

PLL時(shí)鐘

這些設(shè)備有以下2種二級(jí)時(shí)鐘源：

40kHz低速內(nèi)部RC，可以用于驅(qū)動(dòng)獨(dú)立看門狗和通過(guò)程序選擇驅(qū)動(dòng)RTC。RTC用于從停機(jī)/待機(jī)模式下自動(dòng)喚醒系統(tǒng)。

32.768kHz低速外部晶體也可用來(lái)通過(guò)程序選擇驅(qū)動(dòng)RTC(RTCCLK)。

RTC原理框圖

RTC時(shí)鐘的框圖還是比較簡(jiǎn)單的，這里我們把他分成 兩個(gè)部分:

APB1 接口：用來(lái)和 APB1 總線相連。此單元還包含一組 16 位寄存器，可通過(guò) APB1 總線對(duì)其進(jìn)行讀寫操作。APB1 接口由 APB1 總 線時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)，用來(lái)與 APB1 總線連接。

通過(guò)APB1接口可以訪問(wèn)RTC的相關(guān)寄存器（預(yù)分頻值，計(jì)數(shù)器值，鬧鐘值）。

RTC 核心接口：由一組可編程計(jì)數(shù)器組成，分成 兩個(gè)主要模塊 。

第一個(gè)模塊是 RTC 的 預(yù)分頻模塊，它可編程產(chǎn)生 1 秒的 RTC 時(shí)間基準(zhǔn) TR_CLK。RTC 的預(yù)分頻模塊包含了一個(gè) 20 位的可編程分頻器(RTC 預(yù)分頻器)。如果在 RTC_CR 寄存器中設(shè)置了相應(yīng)的允許位，則在每個(gè) TR_CLK 周期中 RTC 產(chǎn)生一個(gè)中斷(秒中斷)。

第二個(gè)模塊是一個(gè) 32 位的可編程計(jì)數(shù)器 （RTC_CNT），可被初始化為當(dāng)前的系統(tǒng)時(shí)間，一個(gè) 32 位的時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，按秒鐘計(jì)算，可以記 錄 4294967296 秒，約合 136 年左右，作為一般應(yīng)用，這已經(jīng)是足夠了的。

RTC具體流程：

RTCCLK經(jīng)過(guò)RTC_DIV預(yù)分頻，RTC_PRL設(shè)置預(yù)分頻系數(shù)，然后得到TR_CLK時(shí)鐘信號(hào)，我們一般設(shè)置其周期為1s，RTC_CNT計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，假如1970設(shè)置為時(shí)間起點(diǎn)為0s，通過(guò)當(dāng)前時(shí)間的秒數(shù)計(jì)算得到當(dāng)前的時(shí)間。RTC_ALR是設(shè)置鬧鐘時(shí)間，RTC_CNT計(jì)數(shù)到RTC_ALR就會(huì)產(chǎn)生計(jì)數(shù)中斷。

RTC_Second為秒中斷，用于刷新時(shí)間，

RTC_Overflow是溢出中斷。

RTC Alarm 控制開(kāi)關(guān)機(jī)

RTC時(shí)鐘選擇：

使用HSE分頻時(shí)鐘或者LSI的時(shí)候，在主電源VDD掉電的情況下，這兩個(gè)時(shí)鐘來(lái)源都會(huì)受到影響,因此沒(méi)法保證RTC正常工作。所以RTC一般都時(shí)鐘低速外部時(shí)鐘LSE，頻率為實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊中常用的32.768KHz，因?yàn)?2768 = 2^15，分頻容易實(shí)現(xiàn),所以被廣泛應(yīng)用到RTC模塊。(在主電源VDD有效的情況下(待機(jī))，RTC還可以配置鬧鐘事件使STM32退出待機(jī)模式)。

RTC復(fù)位過(guò)程：

除了RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器外，所有的系統(tǒng)寄存器都由系統(tǒng)復(fù)位或電源復(fù)位進(jìn)行異步復(fù)位。

RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器僅能通過(guò)備份域復(fù)位信號(hào)復(fù)位。

系統(tǒng)復(fù)位后,禁止訪問(wèn)后備寄存器和RCT,防止對(duì)后衛(wèi)區(qū)域(BKP)的意外寫操作

讀RTC寄存器：

RTC內(nèi)核完全獨(dú)立于APB1接口，軟件通過(guò)APB1接口對(duì)RTC相關(guān)寄存器訪問(wèn)。但是相關(guān)寄存器只在RTC APB1時(shí)鐘進(jìn)行重新同步的RTC時(shí)鐘的上升沿被更新。所以軟件必須先等待寄存器同步標(biāo)志位（RTC_CRL的RSF位）被硬件置1才讀。

配置RTC寄存器：

必須設(shè)置RTC_CRL寄存器中的CNF位，使RTC進(jìn)入配置模式后，才能寫入RTC_PRL、RTC_CNT、RTC_ALR寄存器。

另外，對(duì)RTC任何寄存器的寫操作，都必須在前一次寫操作結(jié)束后進(jìn)行?？梢酝ㄟ^(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)，才可以寫入RTC寄存器。

RTC時(shí)鐘源：

RTC是一個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘源

RTC寄存器：

RTC控制寄存器 (RTC_CRH， RTC_CRL)

RTC預(yù)分頻裝載寄存器 (RTC_PRLH， RTC_PRLL)

RTC預(yù)分頻余數(shù)寄存器 (RTC_DIVH， RTC_DIVL)

RTC計(jì)數(shù)器寄存器 (RTC_CNTH， RTC_CNTL)

RTC鬧鐘寄存器 (RTC_ALRH ，RTC_ALRL)

RTC控制寄存器高位——RTC_CRH 寄存器

作用：配置3個(gè)專門的可屏蔽中斷（溢出中斷、鬧鐘中斷、秒中斷）使能。

注意：系統(tǒng)復(fù)位后所有的中斷被屏蔽，因此可通過(guò)寫RTC寄存器來(lái)確保在初始化后沒(méi)有掛起的中斷請(qǐng)求。

當(dāng)外設(shè)正在完成前一次寫操作時(shí)(標(biāo)志位RTOFF=0)，不能對(duì)RTC_CRH寄存器進(jìn)行寫操作。

RTC控制寄存器低位——RTC_CRL 寄存器：

一般用到該寄存器的3，4，5位。

第3位為寄存器同步標(biāo)志位，我們?cè)谛薷目刂萍拇嫫?RTC_CRH/CRL 之前，必須先判斷該位，是否已經(jīng)同步了，如果沒(méi)有則等待同步第4位為配置標(biāo)位，在軟件修改RTC_CNT/RTC_ALR/RTC_PRL的值的時(shí)候，必須先軟件置位該位，以允許進(jìn)入配置模式第5位為RTC 操作位，該位由硬件操作，軟件只讀。

通過(guò)該位可以判斷上次對(duì) RTC 寄存器的操作是否完成，如果沒(méi)有，我們必須等待上一次操作結(jié)束才能開(kāi)始下一次，也就是判斷RTOFF位是否置位。

三個(gè)位總結(jié)如下：

① 修改CRH/CRL寄存器，必須先判斷RSF位，確定已經(jīng)同步。

② 修改CNT、ALR、PRL的時(shí)候，必須先配置CNF位進(jìn)入配置模式，修改完之后，設(shè)置CNF位為0退出配置模式

③ 同時(shí)在對(duì)RTC相關(guān)寄存器寫操作之前，必須判斷上一次寫操作已經(jīng)結(jié)束，也就是判斷RTOFF位是否置位。

RTC 預(yù)分頻裝載寄存器——(RTC_PRLH/RTC_PRLL) 寄存器

作用：配置 RTC 時(shí)鐘的分頻數(shù)。

比如我們使用外部 32.768K 的晶振作為時(shí)鐘的輸入頻率，那么我們要設(shè)置這兩個(gè)寄存器的值為 7FFFh(32767），就可獲得周期為1秒鐘的信號(hào)。

RTC預(yù)分頻器余數(shù)寄存器（RTC_DIVH、RTC_DIVL）

作用：和他的名字一樣，獲得余數(shù)，也就是獲取更精確的計(jì)時(shí)，比如：0.1s ，0.01 s等

寄存器是只讀寄存器，其值在RTC_PRL或RTC_CNT寄存器中的值發(fā)生改變后，由硬件重新裝載。

RTC計(jì)數(shù)器寄存器——RTC_CNTX 寄存器

作用：存放計(jì)數(shù)器內(nèi)的計(jì)數(shù)值。也就是用來(lái)記錄時(shí)鐘時(shí)間

該寄存器由2個(gè)16位的寄存器組成RTC_CNTH和 RTC_CNTL，總共32位，當(dāng)進(jìn)行讀操作時(shí)，直接返回計(jì)數(shù)器內(nèi)的計(jì)數(shù)值(系統(tǒng)時(shí)間)。

RTC計(jì)數(shù)器寄存器——RTC鬧鐘寄存器(RTC_ALRH、RTC_ALRL)

作用：RTC時(shí)鐘中斷控制寄存器。

該寄存器也是由2個(gè)16位的寄存器組成RTC_ALRH和 RTC_ALRL，也就是32位，當(dāng)可編程計(jì)數(shù)器的值與RTC_ALR中的32位值相等時(shí)，即觸發(fā)一個(gè)鬧鐘事件，并且產(chǎn)生RTC鬧鐘中斷。

BKP備份寄存器

備份寄存器是42個(gè)16位的寄存器?？捎脕?lái)存儲(chǔ)84個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

它們處在備份區(qū)域，當(dāng)VDD電源切斷，仍然由VBAT維持供電。

當(dāng)系統(tǒng)在待機(jī)模式下被喚醒，或者系統(tǒng)復(fù)位或者電源復(fù)位，它們也不會(huì)復(fù)位。

執(zhí)行以下操作將使能對(duì)后備寄存器和RTC訪問(wèn)：

設(shè)置寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN位，使能電源和后備時(shí)鐘。

設(shè)置寄存器PWR_CR的DBP位，使能對(duì)RTC和后備寄存器的訪問(wèn)。

一般用 BKP 來(lái)存儲(chǔ) RTC 的校驗(yàn)值或者記錄一些重要的數(shù)據(jù)。

配置RTC寄存器：

1.查詢RTOFF位，知道RTOFF的值為1.

2.置CNF值為1，進(jìn)入配置模式。

3.對(duì)一個(gè)或者多個(gè)RTC寄存器進(jìn)行寫操作。

4.清除CNF標(biāo)志位，退出配置模式。

5.查詢RTOFF，直到RTOFF位變1，已確認(rèn)寫操作已經(jīng)完成。

僅當(dāng)CNF標(biāo)志位被清除時(shí)，寫操作才能進(jìn)行，這個(gè)操作至少需要3個(gè)RTCCLK周期。

RTC相關(guān)庫(kù)函數(shù)：

RTC時(shí)鐘源和時(shí)鐘操作函數(shù)：

void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t CLKSource)；//時(shí)鐘源選擇

void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState)//時(shí)鐘使能

RTC配置函數(shù)（預(yù)分頻，計(jì)數(shù)值）：

void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);//預(yù)分頻配置：PRLH/PRLL

void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue)；//設(shè)置計(jì)數(shù)器值：CNTH/CNTL

void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue)；//鬧鐘設(shè)置：ALRH/ALRL

RTC中斷設(shè)置函數(shù)：

void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState);//CRH

RTC配置函數(shù)：

void RTC_EnterConfigMode(void);//允許RTC配置 :CRL位 CNF

void RTC_ExitConfigMode(void);//退出配置模式:CRL位 CNF

RTC同步函數(shù)：

void RTC_WaitForLastTask(void)；//等待上次操作完成：CRL位RTOFF

void RTC_WaitForSynchro(void)；//等待時(shí)鐘同步：CRL位RSF

RTC相關(guān)狀態(tài)位獲取清除函數(shù)：

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);

其他相關(guān)函數(shù)（BKP等）

PWR_BackupAccessCmd();//BKP后備區(qū)域訪問(wèn)使能

RCC_APB1PeriphClockCmd();//使能PWR和BKP時(shí)鐘

RCC_LSEConfig();//開(kāi)啟LSE，RTC選擇LSE作為時(shí)鐘源

PWR_BackupAccessCmd();//BKP后備區(qū)域訪問(wèn)使能

uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR);//讀BKP寄存器

void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data);//寫B(tài)KP

配置RTC步驟

①使能PWR和BKP時(shí)鐘：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);

② 使能后備寄存器訪問(wèn):

PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能 RTC 和后備寄存器訪問(wèn)

③復(fù)位備份區(qū)域，開(kāi)啟外部低速振蕩器。

BKP_DeInit();//復(fù)位備份區(qū)域

④ 配置RTC時(shí)鐘源，使能RTC時(shí)鐘：

RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //選擇 LSE 作為 RTC 時(shí)鐘(RCC_RTCCLKSource_LSI 和 RCC_RTCCLKSource_HSE_Div128)

RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //使能 RTC 時(shí)鐘

⑤ 設(shè)置RTC預(yù)分頻系數(shù)：RTC_SetPrescaler();

RTC_EnterConfigMode();/// 允許配置

RTC_SetPrescaler(32767); //設(shè)置RTC預(yù)分頻的值

RTC_WaitForLastTask();//等待最近一次對(duì)RTC寄存器的寫操作完成

⑥ 設(shè)置時(shí)間：RTC_SetCounter();

RTC_EnterConfigMode();/// 允許配置

void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue);

RTC_WaitForLastTask();//等待最近一次對(duì)RTC寄存器的寫操作完成

⑦開(kāi)啟相關(guān)中斷(可選):

void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState)；//RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE); //使能 RTC 秒中斷

⑧編寫中斷服務(wù)函數(shù)：

RTC_IRQHandler();

⑨部分操作要等待寫操作完成和同步。

RTC_WaitForLastTask();//等待最近一次對(duì)RTC寄存器的寫操作完成

RTC_WaitForSynchro();//等待RTC寄存器同步

具體的代碼，庫(kù)函數(shù)寫的太多了，我會(huì)用CubeMx配置下，用HAL庫(kù)寫一個(gè)例程，幾十行就可以解決RTC。

審核編輯：湯梓紅