2019年09月20日 | 第43章 RTC—实时时钟—零死角玩转STM32-F429系列

43.1 RTC简介

RTC—real time clock，实时时钟，主要包含日历、闹钟和自动唤醒这三部分的功能，其中的日历功能我们使用的最多。日历包含两个32bit的时间寄存器，可直接输出时分秒，星期、月、日、年。比起F103系列的RTC只能输出秒中断，剩下的其他时间需要软件来实现，429的RTC可谓是脱胎换骨，让我们在软件编程时大大降低了难度。RTC功能框图分析

43.2 RTC功能框图解析

1.    时钟源

RTC 时钟源—RTCCLK 可以从LSE、LSI和HSE_RTC这三者中得到。其中使用最多的是LSE，LSE由一个外部的32.768KHZ（6PF负载）的晶振提供，精度高，稳定，RTC首选。LSI是芯片内部的30KHZ晶体，精度较低，会有温漂，一般不建议使用。HSE_RTC由HSE分频得到，最高是4M，使用的也较少。

2.    预分频器

预分频器PRER由7位的异步预分频器APRE和15位的同步预分频器SPRE组成。异步预分频器时钟CK_APRE用于为二进制 RTC_SSR 亚秒递减计数器提供时钟，同步预分频器时钟CK_SPRE用于更新日历。异步预分频器时钟fCK_APRE=fRTC_CLK/(PREDIV_A+1)，同步预分频器时钟fCK_SPRE=fRTC_CLK/(PREDIV_S+1)，)。使用两个预分频器时，推荐将异步预分频器配置为较高的值，以最大程度降低功耗。一般我们会使用LSE生成1HZ的同步预分频器时钟

通常的情况下，我们会选择LSE作为RTC的时钟源，即fRTCCLK=fLSE=32.768KHZ。然后经过预分频器PRER分频生成1HZ的时钟用于更新日历。使用两个预分频器分频的时候，为了最大程度的降低功耗，我们一般把同步预分频器设置成较大的值，为了生成1HZ的同步预分频器时钟CK_SPRE，最常用的配置是PREDIV_A=127，PREDIV_S=255。计算公式为：fCK_SPRE=fRTCCLK/{（PREDIV_A+1）*（PREDIV_S+1）}= 32.768/{（127+1）*（255+1）}=1HZ。

3.    实时时钟和日历

我们知道，实时时钟一般是这样表示的：时/分/秒/亚秒，其中时分秒可直接从RTC 时间寄存器 (RTC_TR)中读取，有关时间寄存器的说明具体见错误!未找到引用源。和错误!未找到引用源。。

图 431RTC 时间寄存器（RTC_TR）

表格 431 时间寄存器位功能说明

亚秒由RTC 亚秒寄存器 (RTC_SSR)的值计算得到，公式为：亚秒值 = ( PREDIV_S – SS[15:0] ) / ( PREDIV_S + 1 ) ，SS[15:0]是同步预分频器计数器的值，PREDIV_S是同步预分频器的值。

图 432RTC亚秒寄存器（RTC_SSR）

日期包含的年月日可直接从RTC 日期寄存器 (RTC_DR)中读取。

图 433 RTC日期寄存器（RTC_DR）

表格 432 RTC日期寄存器位功能说明

当应用程序读取日历寄存器时，默认是读取影子寄存器的内容，每隔两个 RTCCLK 周期，便将当前日历值复制到影子寄存器。我们也可以通过将 RTC_CR 寄存器的BYPSHAD 控制位置 1 来直接访问日历寄存器，这样可避免等待同步的持续时间。

RTC_CLK经过预分频器后，有一个512HZ的CK_APRE和1个1HZ的CK_SPRE，这两个时钟可以成为校准的时钟输出RTC_CALIB，RTC_CALIB最终要输出则需映射到RTC_AF1引脚，即PC13输出，用来对外部提供时钟。

4.    闹钟

RTC有两个闹钟，闹钟A和闹钟B,，当RTC运行的时间跟预设的闹钟时间相同的时候，相应的标志位ALRAF（在RTC_ISR寄存器中）和ALRBF会置1。利用这个闹钟我们可以做一些备忘提醒功能。

如果使能了闹钟输出（由RTC_CR的OSEL[0:1]位控制），则ALRAF和ALRBF会连接到闹钟输出引脚RTC_ALARM，RTC_ALARM最终连接到RTC的外部引脚RTC_AF1（即PC13），输出的极性由RTC_CR 寄存器的 POL 位配置，可以是高电平或者低电平。

5.    时间戳

时间戳即时间点的意思，就是某一个时刻的时间。时间戳复用功能 (RTC_TS) 可映射到 RTC_AF1 或 RTC_AF2，当发生外部的入侵事件时，即发生时间戳事件时， RTC_ISR 寄存器中的时间戳标志位 (TSF) 将置 1，日历会保存到时间戳寄存器（ RTC_TSSSR、 RTC_TSTR 和 RTC_TSDR）中。时间戳往往用来记录危及时刻的时间，以供事后排查问题时查询。

6.    入侵检测

RTC自带两个入侵检测引脚RTC_AF1（PC13）和RTC_AF2（PI8），这两个输入既可配置为边沿检测，也可配置为带过滤的电平检测。当发生入侵检测时，备份寄存器将被复位。备份寄存器 (RTC_BKPxR) 包括20 个 32 位寄存器，用于存储 80 字节的用户应用数据。这些寄存器在备份域中实现，可在 VDD 电源关闭时通过 VBAT 保持上电状态。备份寄存器不会在系统复位或电源复位时复位，也不会在器件从待机模式唤醒时复位。

43.3 RTC初始化结构体讲解

标准库函数对每个外设都建立了一个初始化结构体，比如RTC_InitTypeDef，结构体成员用于设置外设工作参数，并由外设初始化配置函数，比如RTC_Init()调用，这些配置好的参数将会设置外设相应的寄存器，达到配置外设工作环境的目的。

初始化结构体和初始化库函数配合使用是标准库精髓所在，理解了初始化结构体每个成员意义基本上就可以对该外设运用自如。初始化结构体定义在stm32f4xx_rtc.h头文件中，初始化库函数定义在stm32f4xx_rtc.c文件中，编程时我们可以结合这两个文件内注释使用。

RTC初始化结构体用来设置RTC小时的格式和RTC_CLK的分频系数。

代码 431 RTC初始化结构体

1 typedef struct {

2 uint32_t RTC_HourFormat; /* 指定RTC小时格式*/

3

4 uint32_t RTC_AsynchPrediv; /* 配置RTC_CLK的异步分频因子 */

5

6 uint32_t RTC_SynchPrediv; /* 配置RTC_CLK的同步分频因子 */

7 } RTC_InitTypeDef;

1)    RTC_HourFormat：小时格式设置，有RTC_HourFormat_24和RTC_HourFormat_12两种格式，一般我们选择使用24小时制，具体由RTC_CR寄存器的FMT位配置。

2)    RTC_AsynchPrediv：RTC_CLK异步分频因子设置，7位有效，具体由RTC 预分频器寄存器RTC_PRER的PREDIV_A[6:0]位配置。

3)    RTC_SynchPrediv：RTC_CLK同步分频因子设置，15位有效，具体由RTC 预分频器寄存器RTC_PRER的PREDIV_S[14:0]位配置。

43.4 RTC时间结构体讲解

RTC时间初始化结构体用来设置初始时间，配置的是RTC时间寄存器RTC_TR。

代码 432 RTC时间结构体

1 typedef struct {

2 uint8_t RTC_Hours; /* 小时设置 */

3

4 uint8_t RTC_Minutes; /* 分钟设置 */

5

6 uint8_t RTC_Seconds; /* 秒设置 */

7

8 uint8_t RTC_H12; /* AM/PM 符号设置 */

9 } RTC_TimeTypeDef;

1)    RTC_Hours：小时设置，12小时制式时，取值范围为0~11，24小时制式时，取值范围为0~23。

2)    RTC_Minutes：分钟设置，取值范围为0~59。

3)    RTC_Seconds：秒钟设置，取值范围为0~59。

4)    RTC_H12：AM/PM设置，可取值RTC_H12_AM和RTC_H12_PM，RTC_H12_AM时则是24小时制，RTC_H12_PM则是12小时制。

43.5 RTC日期结构体讲解

RTC日期初始化结构体用来设置初始日期，配置的是RTC日期寄存器RTC_DR。

代码 433 RTC 日期结构体

1 typedef struct {

2 uint8_t RTC_WeekDay; /* 星期几设置 */

3

4 uint8_t RTC_Month; /* 月份设置 */

5

6 uint8_t RTC_Date; /* 日期设置 */

7

8 uint8_t RTC_Year; /* 年份设置 */

9 } RTC_DateTypeDef;

1)    RTC_WeekDay：星期几设置，取值范围为1~7，对应星期一~星期日。

2)    RTC_Month：月份设置，取值范围为1~12。

3)    RTC_Date：日期设置，取值范围为1~31。

4)    RTC_Year：年份设置，取值范围为0~99。

43.6 RTC闹钟结构体讲解

RTC闹钟结构体主要用来设置闹钟时间，设置的格式为[星期/日期]-[时]-[分]-[秒]，共四个字段，每个字段都可以设置为有效或者无效，即可MASK。如果MASK掉[星期/日期]字段，则每天闹钟都会响。

代码 434 RTC闹钟结构体

1 typedef struct {

2 RTC_TimeTypeDef RTC_AlarmTime; /* 设定RTC时间寄存器的值：时/分/秒 */

3

4 uint32_t RTC_AlarmMask; /* RTC 闹钟掩码字段选择 */

5

6 uint32_t RTC_AlarmDateWeekDaySel; /*闹钟的日期/星期选择 */

7

8 uint8_t RTC_AlarmDateWeekDay; /* 指定闹钟的日期/星期

9 * 如果日期有效，则取值范围为1~31

10 * 如果星期有效，则取值为1~7

11 */

12    } RTC_AlarmTypeDef;

1）    RTC_AlarmTime：闹钟时间设置，配置的是RTC时间初始化结构体，主要配置小时的制式，有12小时或者是24小时，配套具体的时、分、秒。

2）    RTC_AlarmMask：闹钟掩码字段选择，即选择闹钟时间哪些字段无效，取值 可为：RTC_AlarmMask_None(全部有效)、RTC_AlarmMask_DateWeekDay（日期或者星期无效）、RTC_AlarmMask_Hours（小时无效）、RTC_AlarmMask_Minutes（分钟无效）、RTC_AlarmMask_Seconds（秒钟无效）、RTC_AlarmMask_All（全部无效）。比如我们选择RTC_AlarmMask_DateWeekDay，那么就是当RTC的时间的小时等于闹钟时间小时字段时，每天的这个小时都会产生闹钟中断。

3）    RTC_AlarmDateWeekDaySel：闹钟日期或者星期选择，可选择RTC_AlarmDateWeekDaySel_WeekDay或者RTC_AlarmDateWeekDaySel_Date。要想这个配置有效，则RTC_AlarmMask不能配置为RTC_AlarmMask_DateWeekDay，否则会被MASK掉。

4）    RTC_AlarmDateWeekDay：具体的日期或者星期几，当RTC_AlarmDateWeekDaySel设置成RTC_AlarmDateWeekDaySel_WeekDay时，取值为1~7，对应星期一~星期日，当设置成RTC_AlarmMask_DateWeekDay时，取值为1~31。

43.7 RTC—日历实验

利用RTC的日历功能制作一个日历，显示格式为：年-月-日-星期，时-分-秒。

43.7.1 硬件设计

该实验用到了片内外设RTC，为了确保在VDD断电的情况下时间可以保存且继续运行，VBAT引脚外接了一个CR1220电池座，用来放CR1220电池给RTC供电。

图 434 RTC 外接CR1220电池座子

43.7.2 软件设计

1.    编程要点

1)    选择RTC_CLK的时钟源；

2)    配置RTC_CLK的分频系数，包括异步和同步两个；

3)    设置初始时间，包括日期；

4)    获取时间和日期，并显示；

2.    代码分析

这里只讲解核心的部分代码，有些变量的设置，头文件的包含等并没有涉及到，完整的代码请参考本章配套的工程。我们创建了两个文件：bsp_rtc.c和bsp_rtc.h文件用来存RTC驱动程序及相关宏定义，中断服务函数则放在stm32f4xx_it.h文件中。

宏定义

代码 435 宏定义

1 // 时钟源宏定义

2 #define RTC_CLOCK_SOURCE_LSE

3 //#define RTC_CLOCK_SOURCE_LSI

4

5 // 异步分频因子

6 #define ASYHCHPREDIV 0X7F

7 // 同步分频因子

8 #define SYHCHPREDIV 0XFF

9

10

11

12 // 时间宏定义

13 #define RTC_H12_AMorPM RTC_H12_AM

14 #define HOURS 1 // 0~23

15 #define MINUTES 1 // 0~59

16 #define SECONDS 1 // 0~59

17

18 // 日期宏定义

19 #define WEEKDAY 1 // 1~7

20 #define DATE 1 // 1~31

21 #define MONTH 1 // 1~12

22 #define YEAR 1 // 0~99

23

24 // 时间格式宏定义

25 #define RTC_Format_BINorBCD RTC_Format_BIN

26

27 // 备份域寄存器宏定义

28 #define RTC_BKP_DRX RTC_BKP_DR0

29 // 写入到备份寄存器的数据宏定义

30 #define RTC_BKP_DATA 0X32F2

为了方便程序移植，我们把移植时需要修改的代码部分都通过宏定义来实现。具体的配合注释看代码即可。

RTC时钟配置函数

代码 436 RTC配置函数

1 /**

2 * @brief RTC配置：选择RTC时钟源，设置RTC_CLK的分频系数

3 * @param 无

4 * @retval 无

5 */

6 void RTC_CLK_Config(void)

7 {

8 RTC_InitTypeDef RTC_InitStructure;

9

10 /*使能 PWR 时钟*/

11 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);

12 /* PWR_CR:DBF置1，使能RTC、RTC备份寄存器和备份SRAM的访问 */

13 PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);

14

15 #if defined (RTC_CLOCK_SOURCE_LSI)

16 /* 使用LSI作为RTC时钟源会有误差

17 * 默认选择LSE作为RTC的时钟源

18 */

19 /* 使能LSI */

20 RCC_LSICmd(ENABLE);

21 /* 等待LSI稳定 */

22 while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) == RESET) {

23 }

24 /* 选择LSI做为RTC的时钟源 */

25 RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);

26

27 #elif defined (RTC_CLOCK_SOURCE_LSE)

28

29 /* 使能LSE */

30 RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);

31 /* 等待LSE稳定 */

32 while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET) {

33 }

34 /* 选择LSE做为RTC的时钟源 */

35 RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);

36

37 #endif /* RTC_CLOCK_SOURCE_LSI */

38

39 /* 使能RTC时钟 */

40 RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);

41

42 /* 等待 RTC APB 寄存器同步 */

43 RTC_WaitForSynchro();

44

45 /*=====================初始化同步/异步预分频器的值======================*/

46 /* 驱动日历的时钟ck_spare = LSE/[(255+1)*(127+1)] = 1HZ */

47

48 /* 设置异步预分频器的值*/

49 RTC_InitStructure.RTC_AsynchPrediv = ASYNCHPREDIV;

50 /* 设置同步预分频器的值 */

51 RTC_InitStructure.RTC_SynchPrediv = SYNCHPREDIV;

52 RTC_InitStructure.RTC_HourFormat = RTC_HourFormat_24;

53 /* 用RTC_InitStructure的内容初始化RTC寄存器 */

54 if (RTC_Init(&RTC_InitStructure) == ERROR) {

55 printf("nr RTC 时钟初始化失败 rn");

56 }

57 }

RTC配置函数主要实现两个功能，一是选择RTC_CLK的时钟源，根据宏定义来决定使用LSE还是LSI作为RTC_CLK的时钟源，这里我们选择LSE；二是设置RTC_CLK的预分频系数，包括异步和同步两个，这里设置异步分频因子为ASYNCHPREDIV（127），同步分频因子为ASYNCHPREDIV（255），则产生的最终驱动日历的时钟CK_SPRE=32.768/(127+1)*(255+1)=1HZ，则每秒更新一次。

RTC时间初始化函数

代码 437 RTC时间和日期设置函数

1 /**

2 * @brief 设置时间和日期

3 * @param 无

4 * @retval 无

5 */

6 void RTC_TimeAndDate_Set(void)

7 {

8 RTC_TimeTypeDef RTC_TimeStructure;

9 RTC_DateTypeDef RTC_DateStructure;

10

11 // 初始化时间

12 RTC_TimeStructure.RTC_H12 = RTC_H12_AMorPM;

13 RTC_TimeStructure.RTC_Hours = HOURS;

14 RTC_TimeStructure.RTC_Minutes = MINUTES;

15 RTC_TimeStructure.RTC_Seconds = SECONDS;

16 RTC_SetTime(RTC_Format_BINorBCD, &RTC_TimeStructure);

17 RTC_WriteBackupRegister(RTC_BKP_DRX, RTC_BKP_DATA);

18

19 // 初始化日期

20 RTC_DateStructure.RTC_WeekDay = WEEKDAY;

21 RTC_DateStructure.RTC_Date = DATE;

22 RTC_DateStructure.RTC_Month = MONTH;

23 RTC_DateStructure.RTC_Year = YEAR;

24 RTC_SetDate(RTC_Format_BINorBCD, &RTC_DateStructure);

25 RTC_WriteBackupRegister(RTC_BKP_DRX, RTC_BKP_DATA);

26 }

RTC时间和日期设置函数主要是设置时间和日期这两个结构体，然后调相应的RTC_SetTime和RTC_SetDate函数把初始化好的时间写到相应的寄存器，每当写完之后都会在备份寄存器里面写入一个数，以作标记，为的是程序开始运行的时候检测RTC的时间是否已经配置过。

具体的时间、日期、备份寄存器和写入备份寄存器的值都在头文件的宏定义里面，要修改这些值只需修改头文件的宏定义即可。

RTC时间显示函数

代码 438 RTC时间显示函数

1 /**

2 * @brief 显示时间和日期

3 * @param 无

4 * @retval 无

5 */

6 void RTC_TimeAndDate_Show(void)

7 {

8 uint8_t Rtctmp=0;

9 char LCDTemp[100];

10 RTC_TimeTypeDef RTC_TimeStructure;

11 RTC_DateTypeDef RTC_DateStructure;

12

13

14 while (1) {

15 // 获取日历

16 RTC_GetTime(RTC_Format_BIN, &RTC_TimeStructure);

17 RTC_GetDate(RTC_Format_BIN, &RTC_DateStructure);

18

19 // 每秒打印一次

20 if (Rtctmp != RTC_TimeStructure.RTC_Seconds) {

21

22 // 打印日期

23 printf("The Date : Y:20%0.2d - M:%0.2d - D:%0.2d - W:%0.2drn",

24 RTC_DateStructure.RTC_Year,

25 RTC_DateStructure.RTC_Month,

26 RTC_DateStructure.RTC_Date,

27 RTC_DateStructure.RTC_WeekDay);

28

29 //液晶显示日期

30 //先把要显示的数据用sprintf函数转换为字符串，然后才能用液晶显示函数显示

31 sprintf(LCDTemp,"The Date : Y:20%0.2d - M:%0.2d - D:%0.2d - W:%0.2d",

32 RTC_DateStructure.RTC_Year,

33 RTC_DateStructure.RTC_Month,

34 RTC_DateStructure.RTC_Date,

35 RTC_DateStructure.RTC_WeekDay);

36

37 LCD_DisplayStringLineEx(10,50,48,48,(uint8_t *)LCDTemp,0);

38

39 // 打印时间

40 printf("The Time : %0.2d:%0.2d:%0.2d rnrn",

41 RTC_TimeStructure.RTC_Hours,

42 RTC_TimeStructure.RTC_Minutes,

43 RTC_TimeStructure.RTC_Seconds);

44

45 //液晶显示时间

46 sprintf(LCDTemp,"The Time : %0.2d:%0.2d:%0.2d",

47 RTC_TimeStructure.RTC_Hours,

48 RTC_TimeStructure.RTC_Minutes,