【经验分享】STM32-RTC实时时钟-毫秒计时实现

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STMCU小助手发布时间：2022-1-13 20:47

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文章简介:	STM32-RTC实时时钟-毫秒计时实现

1、RTC时钟简介

　　STM32 的实时时钟（RTC）是一个独立的定时器，在相应软件配置下，可提供时钟日历的功能。详细资料请参考ALIENTEK的官方文档——《STM32F1开发指南（精英版-库函数版）》，以下为博主摘录要点：

RTC 模块和时钟配置系统(RCC_BDCR 寄存器)在后备区域，系统复位后，会自动禁止访问后备寄存器和 RTC ，所以在要设置时间之前，先要取消备份区域（BKP）的写保护
RTC 内核完全独立于 RTC APB1 接口，而软件是通过 APB1 接口访问 RTC 的预分频值、计数器值和闹钟值，因此需要等待时钟同步，寄存器同步标志位（RSF）会硬件置1
RTC相关寄存器包括：控制寄存器（CRH、CRL）、预分频装载寄存器（PRLH、PRLL）、预分频器余数寄存器（DIVH、DIVL）、计数寄存器（CNTH、CNTL）、闹钟寄存器（ALRH、ALRL）
STM32备份寄存器，存RTC校验值和一些重要参数，最大字节84，可由VBAT供电
计数器时钟频率：RTCCLK频率/(预分频装载寄存器值+1)

2、软硬件设计

　　由于RTC是STM32芯片自带的时钟资源，所以自主开发的时候只需要在设计时加上晶振电路和纽扣电池即可。编程时在HARDWARE文件夹新建 rtc.c、rtc.h 文件。

3、时钟配置与函数编写

　　为了使用RTC时钟，需要进行配置和时间获取，基本上按照例程来写就可以了。为避免零散，我将附上完整代码。函数说明如下：

rtc.c中需要编写的函数列表

RTC_Init（void）	配置时钟
RTC_NVIC_Config（void）	中断分组
RTC_IRQHandler(void)	秒中断处理
RTC_Set（u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec）	设置时间
RTC_Alarm_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec)	闹钟设置
RTC_Get(void)	获取时钟
RTC_Get_Week(u16 year,u8 month,u8 day)	星期计算
Is_Leap_Year(u16 year)	闰年判断

　事实上，以上函数并不都要，闹钟没有用到的话就不要，秒中断也可以不作处理，看项目需求。

1 #include "sys.h"
2 #include "delay.h"
3 #include "rtc.h"
4
5 _calendar_obj calendar;//时钟结构体
6
7 static void RTC_NVIC_Config(void)
8 {
9 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
10 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = RTC_IRQn; //RTC全局中断
11 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //先占优先级1位,从优先级3位
12 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //先占优先级0位,从优先级4位
13 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能该通道中断
14 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
15 }
16
17 //实时时钟配置
18 //初始化RTC时钟,同时检测时钟是否工作正常
19 //BKP->DR1用于保存是否第一次配置的设置
20 //返回0:正常
21 //其他:错误代码
22
23 u8 RTC_Init(void)
24 {
25 //检查是不是第一次配置时钟
26 u8 temp=0;
27 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE); //使能PWR和BKP外设时钟
28 PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能后备寄存器访问
29 if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0x5051) //从指定的后备寄存器中读出数据:读出了与写入的指定数据不相乎
30 {
31 BKP_DeInit(); //复位备份区域
32 RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON); //设置外部低速晶振(LSE),使用外设低速晶振
33 while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET&&temp<250) //检查指定的RCC标志位设置与否,等待低速晶振就绪
34 {
35 temp++;
36 delay_ms(10);
37 }
38 if(temp>=250)return 1;//初始化时钟失败,晶振有问题
39 RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //设置RTC时钟(RTCCLK),选择LSE作为RTC时钟
40 RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //使能RTC时钟
41 RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
42 RTC_WaitForSynchro(); //等待RTC寄存器同步
43 RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE); //使能RTC秒中断
44 RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
45 RTC_EnterConfigMode();/// 允许配置
46 RTC_SetPrescaler(32767); //设置RTC预分频的值
47 RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
48 RTC_Set(2018,4,2,17,37,00); //设置时间
49 RTC_ExitConfigMode(); //退出配置模式
50 BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5051); //向指定的后备寄存器中写入用户程序数据
51 }
52 else//系统继续计时
53 {
54
55 RTC_WaitForSynchro(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
56 RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE); //使能RTC秒中断
57 RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
58 }
59 RTC_NVIC_Config();//RCT中断分组设置
60 RTC_Get();//更新时间
61 return 0; //ok
62
63 }
64 //RTC时钟中断
65 //每秒触发一次
66 //extern u16 tcnt;
67 void RTC_IRQHandler(void)
68 {
69 // if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_SEC) != RESET)//秒钟中断
70 // {
71 // RTC_Get();//更新时间
72 // }
73 // if(RTC_GetITStatus(RTC_IT_ALR)!= RESET)//闹钟中断
74 // {
75 // RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_ALR); //清闹钟中断
76 // RTC_Get(); //更新时间
77 // //printf("Alarm Time:%d-%d-%d %d:%d:%d\n",calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date,calendar.hour,calendar.min,calendar.sec);//输出闹铃时间
78 //
79 // }
80 RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_SEC|RTC_IT_OW); //清闹钟中断
81 RTC_WaitForLastTask();
82 }
83
84
85 //判断是否是闰年函数
86 //月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
87 //闰年 31 29 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
88 //非闰年 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
89 //输入:年份
90 //输出:该年份是不是闰年.1,是.0,不是
91 u8 Is_Leap_Year(u16 year)
92 {
93 if(year%4==0) //必须能被4整除
94 {
95 if(year%100==0)
96 {
97 if(year%400==0)return 1;//如果以00结尾,还要能被400整除
98 else return 0;
99 }else return 1;
100 }else return 0;
101 }
102
103
104 //设置时钟
105 //把输入的时钟转换为秒钟
106 //以1970年1月1日为基准
107 //1970~2099年为合法年份
108 //返回值:0,成功;其他:错误代码.
109 //月份数据表
110 const u8 table_week[12]={0,3,3,6,1,4,6,2,5,0,3,5}; //月修正数据表
111 const u8 mon_table[12]={31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};//平年的月份日期表
112
113 u8 RTC_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec)
114 {
115 u16 t;
116 u32 seccount=0;
117 if(syear<1970||syear>2099)return 1;
118 for(t=1970;t<syear;t++) //把所有年份的秒钟相加
119 {
120 if(Is_Leap_Year(t))seccount+=31622400;//闰年的秒钟数
121 else seccount+=31536000; //平年的秒钟数
122 }
123 smon-=1;
124 for(t=0;t<smon;t++) //把前面月份的秒钟数相加
125 {
126 seccount+=(u32)mon_table[t]*86400;//月份秒钟数相加
127 if(Is_Leap_Year(syear)&&t==1)seccount+=86400;//闰年2月份增加一天的秒钟数
128 }
129 seccount+=(u32)(sday-1)*86400;//把前面日期的秒钟数相加
130 seccount+=(u32)hour*3600;//小时秒钟数
131 seccount+=(u32)min*60; //分钟秒钟数
132 seccount+=sec;//最后的秒钟加上去
133
134 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE); //使能PWR和BKP外设时钟
135 PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能RTC和后备寄存器访问
136 RTC_SetCounter(seccount); //设置RTC计数器的值
137
138 RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
139 return 0;
140 }
141
142 //初始化闹钟
143 //以1970年1月1日为基准
144 //1970~2099年为合法年份
145 //syear,smon,sday,hour,min,sec：闹钟的年月日时分秒
146 //返回值:0,成功;其他:错误代码.
147 u8 RTC_Alarm_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec)
148 {
149 u16 t;
150 u32 seccount=0;
151 if(syear<1970||syear>2099)return 1;
152 for(t=1970;t<syear;t++) //把所有年份的秒钟相加
153 {
154 if(Is_Leap_Year(t))seccount+=31622400;//闰年的秒钟数
155 else seccount+=31536000; //平年的秒钟数
156 }
157 smon-=1;
158 for(t=0;t<smon;t++) //把前面月份的秒钟数相加
159 {
160 seccount+=(u32)mon_table[t]*86400;//月份秒钟数相加
161 if(Is_Leap_Year(syear)&&t==1)seccount+=86400;//闰年2月份增加一天的秒钟数
162 }
163 seccount+=(u32)(sday-1)*86400;//把前面日期的秒钟数相加
164 seccount+=(u32)hour*3600;//小时秒钟数
165 seccount+=(u32)min*60; //分钟秒钟数
166 seccount+=sec;//最后的秒钟加上去
167 //设置时钟
168 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE); //使能PWR和BKP外设时钟
169 PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能后备寄存器访问
170 //上面三步是必须的!
171
172 RTC_SetAlarm(seccount);
173
174 RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
175
176 return 0;
177 }
178
179
180 //得到当前的时间
181 //返回值:0,成功;其他:错误代码.
182 u8 RTC_Get(void)
183 {
184 static u16 daycnt=0;
185 u32 timecount=0;
186 u32 temp=0;
187 u16 temp1=0;
188 timecount=RTC_GetCounter();
189 temp=timecount/86400; //得到天数(秒钟数对应的)
190 if(daycnt!=temp)//超过一天了
191 {
192 daycnt=temp;
193 temp1=1970; //从1970年开始
194 while(temp>=365)
195 {
196 if(Is_Leap_Year(temp1))//是闰年
197 {
198 if(temp>=366)temp-=366;//闰年的秒钟数
199 else {temp1++;break;}
200 }
201 else temp-=365; //平年
202 temp1++;
203 }
204 calendar.w_year=temp1;//得到年份
205 temp1=0;
206 while(temp>=28)//超过了一个月
207 {
208 if(Is_Leap_Year(calendar.w_year)&&temp1==1)//当年是不是闰年/2月份
209 {
210 if(temp>=29)temp-=29;//闰年的秒钟数
211 else break;
212 }
213 else
214 {
215 if(temp>=mon_table[temp1])temp-=mon_table[temp1];//平年
216 else break;
217 }
218 temp1++;
219 }
220 calendar.w_month=temp1+1; //得到月份
221 calendar.w_date=temp+1; //得到日期
222 }
223 temp=timecount%86400; //得到秒钟数
224 calendar.hour=temp/3600; //小时
225 calendar.min=(temp%3600)/60; //分钟
226 calendar.sec=(temp%3600)%60; //秒钟
227 calendar.week=RTC_Get_Week(calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date);//获取星期
228 calendar.msec=(32767-RTC_GetDivider())* 1000/32767;
229 return 0;
230 }
231
232
233 //获得现在是星期几
234 //功能描述:输入公历日期得到星期(只允许1901-2099年)
235 //输入参数：公历年月日
236 //返回值：星期号
237 u8 RTC_Get_Week(u16 year,u8 month,u8 day)
238 {
239 u16 temp2;
240 u8 yearH,yearL;
241
242 yearH=year/100; yearL=year%100;
243 // 如果为21世纪,年份数加100
244 if (yearH>19)yearL+=100;
245 // 所过闰年数只算1900年之后的
246 temp2=yearL+yearL/4;
247 temp2=temp2%7;
248 temp2=temp2+day+table_week[month-1];
249 if (yearL%4==0&&month<3)temp2--;
250 return(temp2%7);
251 }

复制代码

1 #include "sys.h"
2
3 //时间结构体
4 typedef struct
5 {
6 vu8 hour;//vu8
7 vu8 min;
8 vu8 sec;
9 vu16 msec;
10
11 //公历日月年周
12 vu16 w_year;
13 vu8 w_month;
14 vu8 w_date;
15 vu8 week;
16 }_calendar_obj;
17
18 extern _calendar_obj calendar; //日历结构体
19 extern u8 const mon_table[12]; //月份日期数据表
20
21 u8 RTC_Init(void); //初始化RTC,返回0,失败;1,成功;
22 u8 Is_Leap_Year(u16 year);//平年,闰年判断
23
24 //u8 RTC_Alarm_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec);
25 u8 RTC_Get(void); //更新时间
26 u8 RTC_Get_Week(u16 year,u8 month,u8 day);
27 u8 RTC_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec);//设置时间

复制代码

4、秒钟计时原理

使用外部32.768KHz的晶振作为时钟的输入频率，设置预分频装载寄存器的值为32767，根据计算公式，刚好可以得到1秒的计数频率。时间基准设置为1970年1月1日0时0分0秒，后续的时间都以这个为基准进行计算。RTC计数器是32位的，理论上可以记录136年左右的时间。（注意不必在秒中断里更新时间）

5、毫秒计时原理

如果要获取到毫秒级的时钟怎么办？在我的项目中就有这样的要求。事实上，获取毫秒时钟也非常简单。

查阅开发指南，RTC预分频器余数寄存器（RTC_DIVH、RTC_DIVL），这两个寄存器的作用就是用来获得比秒钟更为准确的时钟。该寄存器的值自减的，用于保存还需要多少时钟周期获得一个秒信号。在一次秒钟更新后，由硬件重新装载。这两个寄存器和 RTC 预分频装载寄存器位数是一样的。也就是说，如果预分频装载寄存器的值为32767，那么余数寄存器就会在每一次秒更新时由硬件重新装载为32767，然后向下计数，计数到0表示一秒，也即1000ms。

　　因此，我们在时钟结构体中添加msec成员

1 //时间结构体
2 typedef struct
3 {
4 vu8 hour;//vu8
5 vu8 min;
6 vu8 sec;
7 vu16 msec;
8
9 //公历日月年周
10 vu16 w_year;
11 vu8 w_month;
12 vu8 w_date;
13 vu8 week;
14 }_calendar_obj;

复制代码

　获取毫秒时间

1 calendar.msec=(32767-RTC_GetDivider())*1000/32767;

复制代码

6、修改时间　　

　如果RTC时钟在使用的过程中不准了（我遇到的情况大概是掉电跑了2个月，重新测试的时候差了2分钟左右），可以重新校准时钟。我们在备份区域 BKP_DR1 中写入 0X5051 ，下次开机（或复位）的时候，先读取 BKP_DR1 的值，然后判断是否是 0X5051来决定是不是要配置。如果要修改时间，请将0x5051改为其它数据，修改RTC_Set函数实参，再重新烧写一下程序即可。