RTC实时时钟，步骤超细详解，一文看懂RTC

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STMCU-管管发布时间：2020-9-29 10:09

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什么是RTC

RTC (Real Time Clock)：实时时钟

RTC是个独立的定时器。RTC模块拥有一个连续计数的计数器，在相应的软件配置下，可以提供时钟日历的功能。修改计数器的值可以重新设置当前时间和日期 RTC还包含用于管理低功耗模式的自动唤醒单元。

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在断电情况下 RTC仍可以独立运行只要芯片的备用电源一直供电,RTC上的时间会一直走。

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RTC实质是一个掉电后还继续运行的定时器,从定时器的角度来看,相对于通用定时器TIM外设,它的功能十分简单,只有计时功能(也可以触发中断)。但其高级指出也就在于掉电之后还可以正常运行。

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两个 32 位寄存器包含二进码十进数格式 (BCD) 的秒、分钟、小时（ 12 或 24 小时制）、星期几、日期、月份和年份。此外，还可提供二进制格式的亚秒值。系统可以自动将月份的天数补偿为 28、29（闰年）、30 和 31 天。

上电复位后，所有RTC寄存器都会受到保护，以防止可能的非正常写访问。

无论器件状态如何（运行模式、低功耗模式或处于复位状态），只要电源电压保持在工作范围内，RTC使不会停止工作。

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RCT特征：

● 可编程的预分频系数：分频系数高为220。
. L" j1 v; G) d# Q  ]1 C: d● 32位的可编程计数器，可用于较长时间段的测量。3 `; P9 X8 x; @$ ?
● 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)。
* K& v9 P5 ~6 n$ J9 k● 可以选择以下三种RTC的时钟源：
- e: w/ c: C' @2 i    ● HSE时钟除以128；
0 Y& t# W; s7 w2 m6 g8 I    ● LSE振荡器时钟；& U- a# T- Q" Q7 x3 a, Y
   ● LSI振荡器时钟

● 2个独立的复位类型：5 N0 ^5 ~6 G$ G7 p- n# V
● APB1接口由系统复位；
! O# g3 B: f" Q; M. Q1 K( r ● RTC核心(预分频器、闹钟、计数器和分频器)只能由后备域复位

● 3个专门的可屏蔽中断：
) I; p5 B3 C, O% C3 p ● 1.闹钟中断，用来产生一个软件可编程的闹钟中断。

● 2.秒中断，用来产生一个可编程的周期性中断信号(长可达1秒)。

● 3.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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RTC时钟源：5 h- j/ X H2 W0 y3 n' M
三种不同的时钟源可被用来驱动系统时钟(SYSCLK)：

● HSI振荡器时钟0 [7 E! Q2 ^, M
● HSE振荡器时钟: o @7 f, C$ z2 U* ] r
● PLL时钟

这些设备有以下2种二级时钟源：

● 40kHz低速内部RC，可以用于驱动独立看门狗和通过程序选择驱动RTC。 RTC用于从停机/待机模式下自动唤醒系统。
' l- L0 w* T5 S l x● 32.768kHz低速外部晶体也可用来通过程序选择驱动RTC(RTCCLK)。

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RTC原理框图

RTC时钟的框图还是比较简单的，这里我们把他分成两个部分:

APB1 接口：用来和 APB1 总线相连。此单元还包含一组 16 位寄存器，可通过 APB1 总线对其进行读写操作。APB1 接口由 APB1 总线时钟驱动，用来与 APB1 总线连接。

通过APB1接口可以访问RTC的相关寄存器（预分频值，计数器值，闹钟值）。

RTC 核心接口：由一组可编程计数器组成，分成两个主要模块。

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4 L0 H7 }) u% \! K1 T

第一个模块是 RTC 的预分频模块，它可编程产生 1 秒的 RTC 时间基准 TR_CLK。RTC 的预分频模块包含了一个 20 位的可编程分频器(RTC 预分频器)。如果在 RTC_CR 寄存器中设置了相应的允许位，则在每个 TR_CLK 周期中 RTC 产生一个中断(秒中断)。

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' i* c9 H9 ?6 Q

第二个模块是一个 32 位的可编程计数器（RTC_CNT），可被初始化为当前的系统时间，一个 32 位的时钟计数器，按秒钟计算，可以记录 4294967296 秒，约合 136 年左右，作为一般应用，这已经是足够了的。

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% d; S6 u' @1 U$ f7 r$ p

RTC具体流程：

RTCCLK经过RTC_DIV预分频，RTC_PRL设置预分频系数，然后得到TR_CLK时钟信号，我们一般设置其周期为1s，RTC_CNT计数器计数，假如1970设置为时间起点为0s，通过当前时间的秒数计算得到当前的时间。RTC_ALR是设置闹钟时间，RTC_CNT计数到RTC_ALR就会产生计数中断，

RTC_Second为秒中断，用于刷新时间，
RTC_Overflow是溢出中断。
RTC Alarm 控制开关机
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RTC时钟选择

使用HSE分频时钟或者LSI的时候,在主电源VDD掉电的情况下,这两个时钟来源都会受到影响,因此没法保证RTC正常工作.所以RTC一般都时钟低速外部时钟LSE,频率为实时时钟模块中常用的32.768KHz,因为32768 = 2^15,分频容易实现,所以被广泛应用到RTC模块.(在主电源VDD有效的情况下(待机),RTC还可以配置闹钟事件使STM32退出待机模式).

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7 }: F8 c$ y+ V

RTC复位过程

除了RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器外，所有的系统寄存器都由系统复位或电源复位进行异步复位。
0 _- ]6 o8 b# \4 k E" S+ ^! {" [RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器仅能通过备份域复位信号复位。

系统复位后,禁止访问后备寄存器和RCT,防止对后卫区域(BKP)的意外写操作

- S( A) b. p/ @$ z. w! A

0 y; p% o; N0 q7 O7 C V, G4 q

读RTC寄存器

RTC内核完全独立于APB1接口，软件通过APB1接口对RTC相关寄存器访问。但是相关寄存器只在RTC APB1时钟进行重新同步的RTC时钟的上升沿被更新。所以软件必须先等待寄存器同步标志位（RTC_CRL的RSF位）被硬件置1才读。

0 E9 e H& g; V

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配置RTC寄存器

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、
2 @2 ^3 F( J- IRTC_CNT、RTC_ALR寄存器。

另外，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; u3 }& V) r+ y8 T/ G
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’1’0 r' \+ N3 X, W
时，才可以写入RTC寄存器。

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. A- z# a1 O3 R. Y5 C9 j

RTC时钟源

RTC是一个独立的时钟源
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RTC寄存器

RTC控制寄存器 (RTC_CRH， RTC_CRL)
RTC预分频装载寄存器 (RTC_PRLH， RTC_PRLL)
RTC预分频余数寄存器 (RTC_DIVH， RTC_DIVL)
RTC计数器寄存器 (RTC_CNTH， RTC_CNTL)
RTC闹钟寄存器 (RTC_ALRH ，RTC_ALRL); i+ P2 a2 k% \2 N a4 Y. Z
1 z) o4 B2 r0 F" W5 l

RTC控制寄存器高位——RTC_CRH 寄存器

作用：配置3个专门的可屏蔽中断（溢出中断、闹钟中断、秒中断）使能。

注意：系统复位后所有的中断被屏蔽，因此可通过写RTC寄存器来
# m" R2 h7 C3 ~8 j1 s1 O确保在初始化后没有挂起的中断请求。当外设正在完成前一次写操作时(标志位RTOFF=0)，不
6 p5 |7 J, b. V N能对RTC_CRH寄存器进行写操作。

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RTC控制寄存器低位——RTC_CRL 寄存器

一般用到该寄存器的 3，4，5位

第 3 位为寄存器同步标志位，我们在修改控制寄存器 RTC_CRH/CRL 之前，必须先判断该位，是否已经同步了，如果没有则等待同步
第 4 位为配置标位，在软件修改 RTC_CNT/RTC_ALR/RTC_PRL 的值的时候，必须先软件置位该位，以允许进入配置模式
第 5 位为 RTC 操作位，该位由硬件操作，软件只读。通过该位可以判断上次对 RTC 寄存器的操作是否完成，如果没有，我们必须等待上一次操作结束才能开始下一次，也就是判断RTOFF位是否置位。- b4 I/ n% G# F6 m# U0 m: B+ V

( a* S' [6 I, Z

三个位总结如下：

① 修改CRH/CRL寄存器，必须先判断RSF位，确定已经同步。7 _% r; x0 ^* ^. T& N: G6 L
② 修改CNT,ALR,PRL的时候，必须先配置CNF位进入配置模式，修改完之后，设置CNF位为0退出配置模式
( E/ u" S% s3 |, h+ y7 T

③ **同时在对RTC相关寄存器写操作之前，必须判断上一

RTC 预分频装载寄存器——(RTC_PRLH/RTC_PRLL) 寄存器

作用:配置 RTC 时钟的分频数，

比如我们使用外部 32.768K 的晶振作为时钟的输入频率，那么我们要设置这两个寄存器的值为 7FFFh(32767），就可获得周期为1秒钟的信号。
) t9 m! `5 M+ ?& C

RTC预分频器余数寄存器（RTC_DIVH、RTC_DIVL）

作用：和他的名字一样，获得余数，也就是获取更精确的计时，比如：0.1s ，0.01 s等

寄存器是只读寄存器，其值在RTC_PRL或RTC_CNT寄存器中的值发生改变后，由硬件重新装载。

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RTC 计数器寄存器——RTC_CNTX 寄存器

作用：存放计数器内的计数值。也就是用来记录时钟时间

该寄存器由 2 个 16 位的寄存器组成 RTC_CNTH 和 RTC_CNTL，总共 32 位，当进行读操作时，直接返回计数器内的计数值(系统时间)& J: _+ k+ o# c$ b4 k

RTC 计数器寄存器——RTC 闹钟寄存器(RTC_ALRH、RTC_ALRL)

作用： RTC时钟中断控制寄存器

该寄存器也是由 2 个 16 位的寄存器组成 RTC_ALRH 和 RTC_ALRL,也就是32位，当可编程计数器的值与RTC_ALR中的32位值相等时，即触发一个闹钟事件，并且产生RTC闹钟中断。

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BKP备份寄存器

备份寄存器是42个16位的寄存器。可用来存储84个字节数据。- K2 j2 o( x% Y) ]; V l& S
它们处在备份区域，当VDD电源切断，仍然由VBAT维持供电。

当系统在待机模式下被唤醒，或者系统复位或者电源复位，它们也不会复位。# c2 C- v* F$ D6 p3 Y" X5 r# E
执行以下操作将使能对后备寄存器和RTC访问：

设置寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN位，使能电源和后备时钟。
设置寄存器PWR_CR的DBP位，使能对RTC和后备寄存器的访问2 b8 r+ Q& o3 [+ T3 F i
- w. j b& T; S9 a' d/ t

一般用 BKP 来存储 RTC 的校验值或者记录一些重要的数据，

: r3 n6 M$ g4 p6 D2 A1 l* L3 T

配置RTC寄存器：

1.查询RTOFF位，知道RTOFF的值为1.

2.置CNF值为1，进入配置模式。

3.对一个或者多个RTC寄存器进行写操作。

4.清除CNF标志位，退出配置模式。

5.查询RTOFF，直到RTOFF位变1，已确认写操作已经完成。

仅当CNF标志位被清除时，写操作才能进行，这个操作至少需要3个RTCCLK周期。

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6 U- b% I: o3 F; f% |

RTC相关库函数

RTC时钟源和时钟操作函数：
! v: h& w i9 h+ d0 z8 F( [, T( T6 Y7 B# \9 J7 a

void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t CLKSource)；//时钟源选择
+ I8 \6 v+ E' T, ^8 c$ H" R
void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState)//时钟使能

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RTC配置函数（预分频，计数值）：
) e( ^4 ]+ D- t4 j8 E F# p

void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);//预分频配置：PRLH/PRLL
9 A; @( a0 g! L: W& \
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue)；//设置计数器值：CNTH/CNTL
5 x. O' ~: H* ]7 U* G+ O& G
void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue)；//闹钟设置：ALRH/ALRL

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RTC中断设置函数：) T- L+ ? S/ z/ E0 u
( s/ t0 N, w1 f8 Y/ J

void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState);//CRH

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RTC配置函数：7 }4 V$ ?8 f# b" s1 V% A
+ d4 N: p) T4 m9 V

void RTC_EnterConfigMode(void);//允许RTC配置 :CRL位 CNF* t1 `4 T8 X. g( l" e
void RTC_ExitConfigMode(void);//退出配置模式:CRL位 CNF

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RTC同步函数：6 v% T9 C8 {# D/ b: D' s

void RTC_WaitForLastTask(void)；//等待上次操作完成：CRL位RTOFF
, j' d7 [; I+ v
void RTC_WaitForSynchro(void)；//等待时钟同步：CRL位RSF

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RTC相关状态位获取清除函数：
. M9 N0 Q% f7 j) |$ n. ?

FlagStatus RTC_GetFlagStatus(uint16_t RTC_FLAG);
& }; R) H4 G9 L( E5 ~( |
void RTC_ClearFlag(uint16_t RTC_FLAG);( U+ o2 E x U8 C' n7 `7 J
ITStatus RTC_GetITStatus(uint16_t RTC_IT);
# \; D6 V5 |, w1 E" Z# k9 {+ Z
void RTC_ClearITPendingBit(uint16_t RTC_IT);

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其他相关函数（BKP等）7 u3 ~8 E: E# b! H' j' V# N

PWR_BackupAccessCmd();//BKP后备区域访问使能
7 X2 u9 ]. q! f' b; ~/ q
RCC_APB1PeriphClockCmd();//使能PWR和BKP时钟- P s/ R4 N" g$ B9 }
RCC_LSEConfig();//开启LSE，RTC选择LSE作为时钟源
% t+ F9 H4 D1 c! A! K; u5 T" l' `
PWR_BackupAccessCmd();//BKP后备区域访问使能, x* D, f1 k: z% P! j: H
uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR);//读BKP寄存器* `% I0 P$ ? x# j9 X
void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data);//写BKP
7 n& ]& S; A- O# H- d

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配置RTC步骤

①使能PWR和BKP时钟：3 q7 v3 z, M- k8 @; C

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);

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② 使能后备寄存器访问:( s, I& ?$ P0 j7 A- x% P6 \

6 h* z9 g. q% q5 ]

PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能 RTC 和后备寄存器访问

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③复位备份区域，开启外部低速振荡器。
: U# v, C( J& C- D N) V
% ?% |, ~! W/ w) r1 Y/ ?# ]3 h

BKP_DeInit();//复位备份区域

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④ 配置RTC时钟源，使能RTC时钟：/ P+ x( L6 E {" u$ u* D& m
* @6 a1 U$ s, t" b' u% h$ @

RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //选择 LSE 作为 RTC 时钟(RCC_RTCCLKSource_LSI 和 RCC_RTCCLKSource_HSE_Div128)
8 f, k( G4 z, Q- l& d) k
RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //使能 RTC 时钟

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