一文看懂RTC實時時鐘

什么是RTC

RTC (Real Time Clock)：實時時鐘

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

在斷電情況下 RTC仍可以獨立運行 只要芯片的備用電源一直供電,RTC上的時間會一直走。

RTC實質(zhì)是一個掉電后還繼續(xù)運行的定時器,從定時器的角度來看,相對于通用定時器TIM外設(shè),它的功能十分簡單,只有計時功能(也可以觸發(fā)中斷)。但其高級指出也就在于掉電之后還可以正常運行。

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

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

無論器件狀態(tài)如何（運行模式、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使不會停止工作。

RCT特征：

可編程的預(yù)分頻系數(shù)：分頻系數(shù)高為220。

32位的可編程計數(shù)器，可用于較長時間段的測量。

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

可以選擇以下三種RTC的時鐘源：

HSE時鐘除以128；

LSE振蕩器時鐘；

LSI振蕩器時鐘

2個獨立的復(fù)位類型：

APB1接口由系統(tǒng)復(fù)位；

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

3個專門的可屏蔽中斷：

1.鬧鐘中斷，用來產(chǎn)生一個軟件可編程的鬧鐘中斷。

2.秒中斷，用來產(chǎn)生一個可編程的周期性中斷信號(長可達1秒)。

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

RTC時鐘源：

三種不同的時鐘源可被用來驅(qū)動系統(tǒng)時鐘(SYSCLK)：

HSI振蕩器時鐘

HSE振蕩器時鐘

PLL時鐘

這些設(shè)備有以下2種二級時鐘源：

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

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

RTC原理框圖

RTC時鐘的框圖還是比較簡單的，這里我們把他分成 兩個部分:

APB1 接口：用來和 APB1 總線相連。此單元還包含一組 16 位寄存器，可通過 APB1 總線對其進行讀寫操作。APB1 接口由 APB1 總 線時鐘驅(qū)動，用來與 APB1 總線連接。

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

RTC 核心接口：由一組可編程計數(shù)器組成，分成 兩個主要模塊 。

第一個模塊是 RTC 的 預(yù)分頻模塊，它可編程產(chǎn)生 1 秒的 RTC 時間基準(zhǔn) TR_CLK。RTC 的預(yù)分頻模塊包含了一個 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 TR_CLK 周期中 RTC 產(chǎn)生一個中斷(秒中斷)。

第二個模塊是一個 32 位的可編程計數(shù)器 （RTC_CNT），可被初始化為當(dāng)前的系統(tǒng)時間，一個 32 位的時鐘計數(shù)器，按秒鐘計算，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時鐘信號，我們一般設(shè)置其周期為1s，RTC_CNT計數(shù)器計數(shù)，假如1970設(shè)置為時間起點為0s，通過當(dāng)前時間的秒數(shù)計算得到當(dāng)前的時間。RTC_ALR是設(shè)置鬧鐘時間，RTC_CNT計數(shù)到RTC_ALR就會產(chǎn)生計數(shù)中斷，

RTC_Second為秒中斷，用于刷新時間，

RTC_Overflow是溢出中斷。

RTC Alarm 控制開關(guān)機

RTC時鐘選擇

使用HSE分頻時鐘或者LSI的時候，在主電源VDD掉電的情況下，這兩個時鐘來源都會受到影響,因此沒法保證RTC正常工作。所以RTC一般都時鐘低速外部時鐘LSE，頻率為實時時鐘模塊中常用的32.768KHz，因為32768 = 2^15，分頻容易實現(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)，RTC還可以配置鬧鐘事件使STM32退出待機模式)。

RTC復(fù)位過程

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)位進行異步復(fù)位。

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

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

讀RTC寄存器

RTC內(nèi)核完全獨立于APB1接口，軟件通過APB1接口對RTC相關(guān)寄存器訪問。但是相關(guān)寄存器只在RTC APB1時鐘進行重新同步的RTC時鐘的上升沿被更新。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進入配置模式后，才能寫入RTC_PRL、

RTC_CNT、RTC_ALR寄存器。

另外，對RTC任何寄存器的寫操作，都必須在前一次寫操作結(jié)束后進行。可以通過查詢

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，才可以寫入RTC寄存器。

RTC時鐘源

RTC是一個獨立的時鐘源

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，因此可通過寫RTC寄存器來

確保在初始化后沒有掛起的中斷請求。當(dāng)外設(shè)正在完成前一次寫操作時(標(biāo)志位RTOFF=0)，不

能對RTC_CRH寄存器進行寫操作。

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，我們在修改控制寄存器 RTC_CRH/CRL 之前，必須先判斷該位，是否已經(jīng)同步了，如果沒有則等待同步

第 4 位為配置標(biāo)位，在軟件修改 RTC_CNT/RTC_ALR/RTC_PRL 的值的時候，必須先軟件置位該位，以允許進入配置模式

第 5 位為 RTC 操作位，該位由硬件操作，軟件只讀。通過該位可以判斷上次對 RTC 寄存器的操作是否完成，如果沒有，我們必須等待上一次操作結(jié)束才能開始下一次，也就是判斷RTOFF位是否置位。

三個位總結(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的時候，必須先配置CNF位進入配置模式，修改完之后，設(shè)置CNF位為0退出配置模式

③ **同時在對RTC相關(guān)寄存器寫操作之前，必須判斷上一

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

作用:配置 RTC 時鐘的分頻數(shù)，

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

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時，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 計數(shù)器寄存器——RTC_CNTX 寄存器

作用：存放計數(shù)器內(nèi)的計數(shù)值。也就是用來記錄時鐘時間

該寄存器由 2 個 16 位的寄存器組成 RTC_CNTH 和 RTC_CNTL，總共 32 位，當(dāng)進行讀操作時，直接返回計數(shù)器內(nèi)的計數(shù)值(系統(tǒng)時間)

RTC 計數(shù)器寄存器——RTC 鬧鐘寄存器(RTC_ALRH、RTC_ALRL)

作用：RTC時鐘中斷控制寄存器

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

BKP備份寄存器

備份寄存器是42個16位的寄存器?？捎脕泶鎯?4個字節(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，它們也不會復(fù)位。

執(zhí)行以下操作將使能對后備寄存器和RTC訪問：

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

設(shè)置寄存器PWR_CR的DBP位，使能對RTC和后備寄存器的訪問

一般用 BKP 來存儲 RTC 的校驗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，進入配置模式。

3.對一個或者多個RTC寄存器進行寫操作。

4.清除CNF標(biāo)志位，退出配置模式。

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

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

RTC相關(guān)庫函數(shù)

RTC時鐘源和時鐘操作函數(shù)：

void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t CLKSource)；//時鐘源選擇

void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState)//時鐘使能

RTC配置函數(shù)（預(yù)分頻，計數(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)域訪問使能

RCC_APB1PeriphClockCmd();//使能PWR和BKP時鐘

RCC_LSEConfig();//開啟LSE，RTC選擇LSE作為時鐘源

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

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時鐘：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);

1

② 使能后備寄存器訪問:

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

1

③復(fù)位備份區(qū)域，開啟外部低速振蕩器。

BKP_DeInit();//復(fù)位備份區(qū)域

1

④ 配置RTC時鐘源，使能RTC時鐘：

RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //選擇 LSE 作為 RTC 時鐘(RCC_RTCCLKSource_LSI 和 RCC_RTCCLKSource_HSE_Div128)

RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //使能 RTC 時鐘

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RTC寄存器的寫操作完成

⑥ 設(shè)置時間：RTC_SetCounter();

RTC_EnterConfigMode();/// 允許配置

void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue);

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

⑦開啟相關(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，庫函數(shù)寫的太多了，我會用CubeMx配置下，用HAL庫寫一個例程，幾十行就可以解決RTC。

審核編輯：湯梓紅