【经验分享】RTC实时时钟，步骤超细详解，一文看懂RTC

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STMCU小助手发布时间：2022-3-23 15:00

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文章简介:	RTC实时时钟，步骤超细详解，一文看懂RTC

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。

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。

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。

RCT特征：
● 可编程的预分频系数：分频系数高为220。
● 32位的可编程计数器，可用于较长时间段的测量。
● 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；
   ● 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

● 3个专门的可屏蔽中断：
   ● 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。

RTC时钟源：
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
● HSE振荡器时钟
● 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。
● 32.768kHz低速外部晶体也可用来通过程序选择驱动RTC(RTCCLK)。

RTC原理框图

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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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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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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。

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
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).

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。
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

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。

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、
RTC_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
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。

RTC时钟源
RTC是一个独立的时钟源

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)

RTC控制寄存器高位——RTC_CRH 寄存器

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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
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
能对RTC_CRH寄存器进行写操作。

RTC控制寄存器低位——RTC_CRL 寄存器

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一般用到该寄存器的 3，4，5位
1.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
2.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
3.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。

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。
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
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。

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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)

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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。
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。
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

一般用 BKP 来存储 RTC 的校验值或者记录一些重要的数据，

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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。

RTC相关库函数
RTC时钟源和时钟操作函数：

void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t CLKSource)；//时钟源选择; o6 ~( @# J, l$ O; h' I
void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState)//时钟使能

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RTC配置函数（预分频，计数值）：

void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);//预分频配置：PRLH/PRLL
2 S0 j, M9 e, W M. l% N
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue)；//设置计数器值：CNTH/CNTL
+ [+ S3 k5 N0 `' C" j
void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue)；//闹钟设置：ALRH/ALRL

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RTC中断设置函数：

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

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RTC配置函数：

void RTC_EnterConfigMode(void);//允许RTC配置 :CRL位 CNF
4 V% u0 F% @# i1 w
void RTC_ExitConfigMode(void);//退出配置模式:CRL位 CNF

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RTC同步函数：

void RTC_WaitForLastTask(void)；//等待上次操作完成：CRL位RTOFF
3 r, @0 z J/ Q T/ R
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：

FlagStatus RTC_GetFlagStatus(uint16_t RTC_FLAG);, Z7 s/ y) u2 b5 z3 |$ F8 Q0 a
void RTC_ClearFlag(uint16_t RTC_FLAG);
& l' D0 |4 v- B0 @4 Q
ITStatus RTC_GetITStatus(uint16_t RTC_IT);: \# ^) @, c7 U& c7 u) k3 Y- c
void RTC_ClearITPendingBit(uint16_t RTC_IT);

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其他相关函数（BKP等）

PWR_BackupAccessCmd();//BKP后备区域访问使能( r4 h3 n! u, n1 A
RCC_APB1PeriphClockCmd();//使能PWR和BKP时钟
) ~* k: l7 H4 Y
RCC_LSEConfig();//开启LSE，RTC选择LSE作为时钟源
+ K; a( @, h& \+ D* W1 ^
PWR_BackupAccessCmd();//BKP后备区域访问使能
$ L6 Y* a( o7 w" O
uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR);//读BKP寄存器5 u% G/ s. \3 q. b- J5 S4 \% p
void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data);//写BKP

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配置RTC步骤
①使能PWR和BKP时钟：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);

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② 使能后备寄存器访问:

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。

BKP_DeInit();//复位备份区域

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④ 配置RTC时钟源，使能RTC时钟：

RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //选择 LSE 作为 RTC 时钟(RCC_RTCCLKSource_LSI 和 RCC_RTCCLKSource_HSE_Div128)# {* \* `* g% @ K5 O
RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //使能 RTC 时钟

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⑤ 设置RTC预分频系数：RTC_SetPrescaler();