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stm32之实时时钟RTC(掉电计时保持、秒中断、闹钟中断、溢出中断)

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stm32系列产品普遍都有实时时钟RTC模块,它提供一个掉电保持计时功能,掉电后由后备供电区域供电。除了提供时间和日期之外,还可以设置闹钟提醒,且可以在待机模式下设置闹钟唤醒系统。在一些小容量、中容量产品中,只有一个32位的计数寄存器,如果该计数寄存器自增1周期设置为1s,那么软件可以根据该计数寄存器的值算出当前的日期和时、分、秒。在一些大容量的产品中,年、月、日、时、分、秒都是独立的寄存器,可直接读出需要的值。
RTC简介
实时时钟是一个独立的定时器。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)处于后备区域,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。

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沙发
梅花香自123|  楼主 | 2022-12-24 15:24 | 只看该作者
RTC特性
     ● 可编程的预分频系数:分频系数最高为220220

     ● 32位的可编程计数器,可用于较长时间段的测量。(若最小单位为秒:232232=4,294,967,295秒=49,710天  大概136年。)

     ● 2个分离的时钟:用于APB1接口的PCLK1和RTC时钟(RTC时钟的频率必须小于PCLK1时钟频率的四分之一以上)。

     ● 可以选择以下三种RTC的时钟源:

             ─ HSE时钟除以128;

             ─ LSE振荡器时钟;(常用的是外部低速,稳定精准,重要的是VDD掉电后可有后备供电区域给它供电)

             ─ LSI振荡器时钟。

     ● 2个独立的复位类型:

             ─ APB1接口由系统复位;

             ─ RTC核心(预分频器、闹钟、计数器和分频器)只能由后备域复位。(可导致后备区域复位:侵入事件、软件复位、VBAT掉电)

     ● 3个专门的可屏蔽中断:

            ─ 闹钟中断,用来产生一个软件可编程的闹钟中断。

            ─ 秒中断,用来产生一个可编程的周期性中断信号(最长可达1秒)。

            ─ 溢出中断,指示内部可编程计数器溢出并回转为0的状态。

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板凳
梅花香自123|  楼主 | 2022-12-24 15:25 | 只看该作者
RTC功能框图

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地板
梅花香自123|  楼主 | 2022-12-24 15:26 | 只看该作者
从左上角开始到右下角看图理解,系统通过APB1总线对后备区域的RTC进行通信,那三斜杠的意思是可断开,因为在系统掉电的时候RTC是独立的,只有在系统运行时才有可能会相通。RTCCLK(RTC时钟输入)必须小于PCLK1(低速AHB时钟)的三分之一以上。

RTC_PRL(预分频装载寄存器)的值决定TR_CLK脉冲产生的周期,RTC_DIV(预分频器余数寄存器)可读不可写,当RTCCLK的一个上升沿到来,RTC_DIV的值减1,减到0后硬件重载为RTC_PRL的值同时产生一个TR_CLK脉冲,一个TR_CLK脉冲的到来会使RTC_CNT(计数器寄存器)的值加1,同时产生一个RTC_Second中断(由软件配置是否使能,“秒中断”并不一定是一秒触发一次,具体是根据RTC时钟和RTC_PRL的值决定)。

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5
梅花香自123|  楼主 | 2022-12-24 15:28 | 只看该作者
当RTC_CNT的值溢出后从0开始,并产生一个溢出中断(由软件配置是否使能)。当RTC_CNT等于RTC_CNTRTC_ALR(闹钟寄存器)时,产生一个闹钟中断(由软件配置是否使能,可在用在系统待机模式下唤醒系统)。

RTC_CR(RTC控制寄存器)不在后备区域,所以它的数据会随系统复位而复位,也就是说当系统下电是,秒中断、溢出中断、闹钟中断就不存在了,在下一次系统上电时需要重新初始化。图中“退出待机模式”有两种方法:RTC闹钟、WKUP引脚。

这里说一个图上没有的知识点,PC.13引脚也就是侵入检测引脚,它可以用来输出RTC闹钟脉冲、RTC秒脉冲或者是钟频率为 RTC 时钟除以 64的脉冲,后者在系统下电的情况下无法输出。

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6
梅花香自123|  楼主 | 2022-12-24 15:28 | 只看该作者
寄存器的配置不作详细讲解,下面是利用标准库函数进行开发的RTC应用。
代码设计
#include "stm32f10x.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"

static void RTC_Configuration(void);
static void NVIC_Configuration(void);
static void USART1_Config(void);
static void Delay(__IO u32 nCount);
static char *USART_GetString(char *s);

char strbuf[50];
unsigned char HH,MM,SS;
static char cmd_SetTime[]="AT+SETTIME";//设置时间的指令
static char cmd_SetAlarm[]="AT+SETALARM";//设置闹钟的指令

int main(void)
{       
    USART1_Config();//串口1输出调试信息
       
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);//使能电源管理时钟,后备寄存器模块时钟
    PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);//使能RTC和后备寄存器的访问
       
    if(BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5)//如果在后备数据寄存器1读取到的值不是0xA5A5 说明后备寄存器(RTC等)未初始化
   {
        RTC_Configuration();  //配置RTC,时钟选用LSE(外部低速时钟),RTC计数器1s自增1
        RTC_WaitForLastTask();//等待RTC操作完成
        RTC_SetCounter(0);    //首次时间设置为 00:00:00
        RTC_WaitForLastTask();//等待RTC操作完成
        BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5);//后备数据寄存器1写入0xA5A5,标志RTC已初始化
   }
  else //系统复位,而后备寄存器并没有被复位时,无需再初始化RTC
  {
        if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PORRST) != RESET){
                printf("POR/PDR 复位\r\n"); //VDD掉电上电
        }else if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PINRST) != RESET){
                printf("RESET引脚复位\r\n");
        }else if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_SFTRST) != RESET){
                printf("软件复位\r\n");
        }else if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_IWDGRST) != RESET){
                printf("独立看门狗复位\r\n");
        }else if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_WWDGRST) != RESET){
                printf("窗口看门狗复位\r\n");
        }else if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LPWRRST) != RESET){
                printf("低功耗复位\r\n");
        }
        //以上复位,后备寄存器的数据仍然保持
        printf("不需要配置RTC.\r\n");
        RTC_WaitForSynchro();//等待 RTC 寄存器与RTC的APB时钟同步
  }
       
        NVIC_Configuration();//配置RTC中断优先级
       
//以下三个中断根据需要开启,三者触发时都是进入RTC_IRQHandler中断函数,通过RTC_GetITStatus判断具体是哪个中断触发
#if 1        //(可选)
  RTC_WaitForLastTask();//等待RTC操作完成,下同
  RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE);//秒中断使能秒,用来产生一个可编程的周期性中断信号(最长可达1秒)。
  RTC_WaitForLastTask();
#endif
       
#if 1        //(可选)
  RTC_WaitForLastTask();
  RTC_ITConfig(RTC_IT_ALR, ENABLE);//闹钟中断使能,用来产生一个软件可编程的闹钟中断。
  RTC_WaitForLastTask();
#endif
       
#if 1        //(可选)
  RTC_WaitForLastTask();
  RTC_ITConfig(RTC_IT_OW, ENABLE);//溢出中断使能,指示内部可编程计数器溢出并回转为0的状态。
  RTC_WaitForLastTask();
#endif


#if 1 //(可选)
/*BKP_RTCOutputSource_None         侵入检测管脚(PC.13)上无 RTC 输出
  BKP_RTCOutputSource_CalibClock     侵入检测管脚(PC.13)上输出,其时钟频率为 RTC 时钟除以 64
  BKP_RTCOutputSource_Alarm         侵入检测管脚(PC.13)上输出 RTC 闹钟脉冲
  BKP_RTCOutputSource_Second    侵入检测管脚(PC.13)上输出 RTC 秒脉冲*/
  BKP_TamperPinCmd(DISABLE);
  BKP_RTCOutputConfig(BKP_RTCOutputSource_Second);
#endif       
       
    //清除复位标志
    RCC_ClearFlag();
       
    while(1)
    {
        if(USART_GetString(strbuf)!=NULL){
            if(strncmp(strbuf,cmd_SetTime,strlen(cmd_SetTime))==0){
                HH = (strbuf[strlen(cmd_SetTime)+1]-'0')*10 +(strbuf[strlen(cmd_SetTime)+2]-'0');
                MM = (strbuf[strlen(cmd_SetTime)+4]-'0')*10 +(strbuf[strlen(cmd_SetTime)+5]-'0');
                SS = (strbuf[strlen(cmd_SetTime)+7]-'0')*10 +(strbuf[strlen(cmd_SetTime)+8]-'0');
                printf("设置RTC时间为 %d:%d:%d\r\n",HH,MM,SS);
                RTC_WaitForLastTask();
                RTC_SetCounter(HH*3600+MM*60+SS);//设置RTC当前计数寄存器的值
                RTC_WaitForLastTask();
                printf("设置RTC时间成功!\r\n");
            }
                       
        if(strncmp(strbuf,cmd_SetAlarm,strlen(cmd_SetAlarm))==0){
                HH = (strbuf[strlen(cmd_SetAlarm)+1]-'0')*10 +(strbuf[strlen(cmd_SetAlarm)+2]-'0');
                MM = (strbuf[strlen(cmd_SetAlarm)+4]-'0')*10 +(strbuf[strlen(cmd_SetAlarm)+5]-'0');
                SS = (strbuf[strlen(cmd_SetAlarm)+7]-'0')*10 +(strbuf[strlen(cmd_SetAlarm)+8]-'0');
                printf("设置闹钟时间为 %d:%d:%d\r\n",HH,MM,SS);
                RTC_WaitForLastTask();
                RTC_SetAlarm(HH*3600+MM*60+SS);//设置RTC闹钟值,记得使能闹钟中断
                RTC_WaitForLastTask();
                printf("设置闹钟时间成功!\r\n");
            }
        }
      }
}
void NVIC_Configuration(void)//配置RTC中断优先级
{
  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = RTC_IRQn;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

void RTC_Configuration(void)
{
  BKP_DeInit();
       
  RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);

  while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET);//等待LSE(外部低速)时钟稳定

  RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);//选择LSE时钟作为RTC时钟,此外还可以选择:LSI、HSE_Div128

  RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);//使能RTC时钟

  RTC_WaitForSynchro();//等待 RTC 寄存器与RTC的APB时钟同步

  RTC_SetPrescaler(32767); //RTC period = RTCCLK/RTC_PR = (32.768 KHz)/(32767+1)=1s  这个决定“秒中断”触发的周期

  RTC_WaitForLastTask();//等待RTC操作完成
}

void USART1_Config(void)
{
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
                NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
       
        //配置串口1(USART1)时钟
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
       
        //配置串口1(USART1 Tx (PA.09))
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  
        //配置串口1 USART1 Rx (PA.10)
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
       
         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
        GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
       
        //串口1模式(USART1 mode)配置
        USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;//一般设置为9600;
        USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
        USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
        USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
        USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
        USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
        USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
       
        USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口
        USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_TC);              
}

int fputc(int ch, FILE *f)//重写标准库的fputc函数
{
        //将Printf内容发往串口
        while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TXE)!=SET);
        USART_SendData(USART1, (unsigned char) ch);       
        return (ch);
}

char *USART_GetString(char *s)//从串口阻塞等待一个字符串,遇到0x0d或者0x0a结束
{
        char code;
        char *str = s;
        if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)==RESET){
            *s=0;
            return NULL;
        }
       
        while(1){
            if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)!=RESET){
                USART_ClearFlag(USART1,USART_FLAG_RXNE);
                code=USART_ReceiveData(USART1);
                if(code == 0x0D||code ==0x0A){
                        *str=0;
                        break;
                }else{
                        *str++ = code;
                }
            }
        }
        return s;
}

void Delay(__IO u32 nCount)         //简单的延时函数
{
        for(; nCount != 0; nCount--);
}

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7
梅花香自123|  楼主 | 2022-12-24 15:32 | 只看该作者
在stm32f10x_it.c加入:
unsigned int systick;
static unsigned char THH,TMM,TSS;
void RTC_IRQHandler(void)
{
  if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_SEC) != RESET) //秒中断
  {
        RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_SEC);
        systick = RTC_GetCounter();
        RTC_WaitForLastTask();
               
        systick %= 86400;   //24小时 = 86400s
        THH = systick / 3600;
        TMM = (systick % 3600) / 60;
        TSS = (systick % 3600) % 60;
        printf("当前系统时间:%.2d:%.2d:%.2d\r\n",THH,TMM,TSS);
  }

  if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_ALR) != RESET) //闹钟中断
  {
        RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_ALR);
        RTC_WaitForLastTask();
               
        printf("闹钟中断触发.\r\n");
  }
       
  if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_OW) != RESET) //溢出中断
  {
        RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_OW);
        RTC_WaitForLastTask();
               
        printf("溢出中断触发.\r\n");
  }
}

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8
梅花香自123|  楼主 | 2022-12-24 15:33 | 只看该作者
代码已经加入很多注释以便理解,这里不做讲解。编译编译后,串口线连接到电脑,检查VBAT引脚是否接了电池,没有的话接到电源上。

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9
梅花香自123|  楼主 | 2022-12-24 15:33 | 只看该作者
在串口助手上操作:

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10
梅花香自123|  楼主 | 2022-12-24 15:35 | 只看该作者
发送两条命令进行调试,勾选发送新行:

设置时间:AT+SETTIME 09:50:10

设置闹钟时间:AT+SETALARM 09:50:15

如果想用示波器监测PC.13输出的脉冲,一定要排除电其他连在该引脚的器件,很多板子都会在该引脚接上一个led,这样会影响示波器检测到的波形。

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11
梅花香自123|  楼主 | 2022-12-24 15:36 | 只看该作者
后备供电区域功耗很低,一个纽扣电池可以用很久,而且当VDD上电时会自动切换为VDD供电。由于晶振的性能会受温度的影响,当环境温度改变时会影响计时的准确性,可通过设置RTC 时钟校准值进行补偿。这个校准值需要随温度的变化配置不同的值,所以要进行温度标定实验,统计数据得出两者的关系。在板子上需要加入温度传感器以获取当前温度,再者设置相应的校准值。

代码还有很多不足,需要完善,这里重点是RTC功能的使用方法。如若有误,还望指出,谢谢。

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