基于STM32F103C8T6单片机的RTC实时时钟原理及配置代码

学习STM32的RTC之前先了解一下UNIX时间戳

UNIX时间戳

Unix 时间戳（Unix Timestamp）定义为从UTC/GMT的1970年1月1日0时0分0秒开始所经过的秒数（不进位为时、天、月），不考虑闰秒

时间戳存储在一个秒计数器中，秒计数器为32位/64位的整型变量 世界上所有时区的秒计数器相同，不同时区通过添加偏移来得到当地时间

优点

1）使用秒数可以简化硬件电路，直接弄一个很大的秒寄存器，不需要再考虑年月日寄存器以及进位

2）计算时间间隔很方便，直接用两个秒数相减

3）存储方便，用一个很大的变量来就可以了

秒计数器以及伦敦时间和北京时间的对用关系如下所示：

直接搜索可以找到在线转换工具

UTC/GMT

GMT（Greenwich Mean Time）格林尼治标准时间是一种以地球自转为基础的时间计量系统(伦敦标准时间)。它将地球自转一周的时间间隔等分为24小时，以此确定计时标准

UTC（Universal Time Coordinated）协调世界时是一种以原子钟为基础的时间计量系统。它规定铯133原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间为1秒。当原子钟计时一天的时间与地球自转一周的时间相差超过0.9秒时，UTC会执行闰秒来保证其计时与地球自转的协调一致

时间戳的转换

C语言的time.h模块提供了时间获取和时间戳转换的相关函数，可以方便地进行秒计数器、日期时间和字符串之间的转换

time_t  time（）；和struct tm*  localtime(const time_t*);这两个函数使用方法如下所示:

struct  tm*  gmtime(const  time_t *)函数使用方法如下:

time_t  mktime(struct  tm*)函数的使用方法如下所示:

mktime()和localtime()这两个函数是相反着使用的，如果使用gmtime所获取的结构体结果不对

char * ctime(const time_t *)函数的使用方法如下：

这个函数的作用为将传入的秒数转换为时间的字符串形式

运行结果为：

char * asctime(const struct tm *)函数的使用方法如下:

这个函数的作用是将传入的日期结构体指针转换为时间形式的字符串

运行效果和上面那个函数一样

size_t  strftime(char *,size_t ,const char *,const struct tm *)这个函数使用方法如下所示:

这个函数可以自定义格式输出，类似于printf的前半部分

运行结果为:

上面图中的关于时间戳转换的函数都介绍完了，下面开始介绍RTC

BKP备份区域简介

BKP（Backup Registers）备份寄存器 BKP可用于存储用户应用程序数据。

当VDD（2.0~3.6V）电源被切断，他们仍然由VBAT（1.8~3.6V）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

TAMPER引脚产生的侵入事件将所有备份寄存器内容清除

RTC引脚输出RTC校准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲

存储RTC时钟校准寄存器

用户数据存储容量：  20字节（中容量和小容量）/ 84字节（大容量和互联型)

RTC复位和主电源掉电后数据不丢失是借用BKP来实现的

有的芯片在进行RTC实验时，会出现RTC晶振不起振的情况，这会导致程序卡死在等待晶振起振的地方

BKP基本结构

里面有数据寄存器用来存储数据，小容量或者中容量的产品在图中可以看到只有20个字节的存储空间，大容量和互联性的存储容量更大

可以输出RTC的校准时钟对RTC的误差进行校准

检测到侵入检测时对备份区域的BKP数据全部清除

后备区域可以又VBAT引脚单独供电，实现数据掉电不丢失，电源复位和系统复位也不会导致数据丢失

RTC的简介

RTC（Real Time Clock）实时时钟

RTC是一个独立的定时器，可为系统提供时钟和日历的功能

RTC和时钟配置系统处于后备区域，系统复位时数据不清零，VDD（2.0~3.6V）断电后可借助VBAT（1.8~3.6V）供电继续走时

32位的可编程计数器，可对应Unix时间戳的秒计数器

20位的可编程预分频器，可适配不同频率的输入时钟

可选择三种RTC时钟源：

 HSE时钟除以128（通常为8MHz/128）

 LSE振荡器时钟（通常为32.768KHz）

 LSI振荡器时钟（40KHz）

RTC框图

RTCCLK时钟经过时钟分频之后一秒计数器的值加一，此时可以在RTC_CR寄存器中触发秒中断

计数器的值一般不会溢出，大概在22世纪才会溢出，RTC闹钟可以触发中断以及退出待机模式实现定时的功能  分频器由余数寄存器和重装载值寄存器组成

RTC基本结构

RTC操作的注意事项

执行以下操作将使能对BKP和RTC的访问：

1） 设置RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN，使能PWR和BKP时钟

2）设置PWR_CR的DBP，使能对BKP和RTC的访问 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寄存器中的RSF位（寄存器同步标志）被硬件置1

3）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

4）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

代码部分

.C文件的所有代码如下

#include 'stm32f10x.h'                  // Device header

#include

uint16_t MyRTC_Time[] = {2023, 1, 1, 23, 59, 55}; //定义全局的时间数组，数组内容分别为年、月、日、时、分、秒

void MyRTC_SetTime(void); //函数声明

/**

  * 函    数：RTC初始化

  * 参    数：无

  * 返 回 值：无

  */

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

if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5) //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成立则执行第一次的RTC配置

{

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

BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5); //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

}

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

}

}

//如果LSE无法起振导致程序卡死在初始化函数中

//可将初始化函数替换为下述代码，使用LSI当作RTCCLK

//LSI无法由备用电源供电，故主电源掉电时，RTC走时会暂停

/* 

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)

{

RCC_LSICmd(ENABLE);

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) != SET);

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); //即使不是第一次配置，也需要再次开启LSI时钟

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) != SET);

RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);

RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);

RTC_WaitForSynchro();

RTC_WaitForLastTask();

}

}*/

/**

  * 函    数：RTC设置时间

  * 参    数：无

  * 返 回 值：无

  * 说    明：调用此函数后，全局数组里时间值将刷新到RTC硬件电路

  */

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

}

/**

  * 函    数：RTC读取时间

  * 参    数：无

  * 返 回 值：无

  * 说    明：调用此函数后，RTC硬件电路里时间值将刷新到全局数组

  */

void MyRTC_ReadTime(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_cnt = RTC_GetCounter() + 8 * 60 * 60; //读取RTC的CNT，获取当前的秒计数器

//+ 8 * 60 * 60为东八区的时区调整

time_date = *localtime(&time_cnt); //使用localtime函数，将秒计数器转换为日期时间格式

MyRTC_Time[0] = time_date.tm_year + 1900; //将日期时间结构体赋值给数组的时间

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;

}

我主要介绍初始化RTC的函数，另外两个设置时间以及获取时间的函数都是利用时间戳函数来进行相应时间的转换

初始化函数分为

1）设置RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN，使能PWR和BKP时钟     设置PWR_CR的DBP，使能对BKP和RTC的访问

2）开启LSE时钟并且等待时钟开启就绪

3）选择时钟来源并且使能时钟

4)等待RTC_CRL寄存器中的RSF位（寄存器同步标志）被硬件置1(等待时钟同步)库函数为RTC_WaitForSynchro();

5）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    本功能使用的库函数为RTC_WaitForLastTask();  

6）设置分频器的值并且再次等待上一次写操作完成（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   这个功能在配置分频器的库函数中已经实现了所以不用单独配置）

7）设置时间 

初始化里面还可以加个判断备份数据寄存器相应地址的值

如果是断电后第一次配置则跑一遍上面7条的代码，然后写入数据到这个地址的备份数据寄存器，下一次没有断电，光复位不会改变相应数据寄存器的值，此时不会重新配置RTC了，时间不会再从头刷新执行

掉电后有VBAT引脚的供电时原理和上面的一样，只有完全断电之后再上电RTC实时时间就会重头刷新执行