STM32心得：实时时钟RTC和备份寄存器BKP特征、原理及相关实验代码解读

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STMCU小助手发布时间：2022-11-21 18:00

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文章简介:	STM32心得：实时时钟RTC和备份寄存器BKP特征、原理及相关实验代码解读

主要内容
1） RTC特征与原理；
2） BKP备份寄存器特征与原理；
3） RTC常用寄存器+库函数介绍；
4）相关实验代码解读。
实验内容：
因为没有买LCD屏，所以计划通过串口实时更新时间。系统运行后，串口调试助手实时显示当前时间，可通过USMART工具，修改当前时间和闹钟时间，闹钟触发后，蜂鸣器会叫1s时长。板子正常运行时，LED0和LED1交替闪烁。

1. RTC实时时钟特征与原理
1.1 RTC (Real Time Clock)称实时时钟。RTC是独立的定时器，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；

1.2 RTC模块和时钟配置系统(RCC_BDCR寄存器)是在后备区域，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。但是在系统复位后，会自动禁止访问后备寄存器和RTC，以防止对后备区域(BKP)的意外写操作。所以在要设置时间之前，先要取消备份区域（BKP）写保护；

1.3 RTC特征如下图所示：

1.4 RTC工作原理框图

1.4.1 RTC预分频器，RTCCLK除以RTC_PRL的重装载值后，值为分频后的TR_CLK的值，一般情况下TR_CLK设1Hz；
1.4.2 RTC预分频器，RTC_DIV装载从RTC_PRL的重装载值，每个RTCCLK周期值减1，至0后会溢出；
1.4.3 待机时维持供电，RTC_CNT，每个TR_CLK周期加1，直至溢出，触发溢出中断；当RTC_ALR所设值等于RTC_CNT实时值时，触发闹钟中断；每个TR_CLK周期产生一次中断。
由原理框图可知RTC的组成：
APB1接口：用来和APB1总线相连。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：由一组可编程计数器组成，分两个主要模块：
1）第一个是RTC预分频模块，它可以编程产生最长1秒的RTC时间基TR_CLK。如果设置了秒中断允许位，可以产生秒中断；
2）第二个是32位的可编程计数器，可被初始化为当前时间。系统时间按TR_CLK周期累加并与存储在RTC_ALR寄存器中的可编程时间相比，当匹配时候如果设置了闹钟中断允许位，可以产生闹钟中断。
备注：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。

1.5 RTC时钟源（有三个时钟源可选，一般采用外部时钟）

2. BKP备份寄存器
2.1 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；
2.2 它们处在备份区域，当VDD电源切断，仍然由VBAT（板子上的纽扣电池）维持供电；
2.3 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；
2.4 执行以下操作将使能对后备寄存器和RTC访问：
2.4.1 置寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN位，使能电源和后备时钟；
2.4.2 设置寄存器PWR_CR的DBP位，使能对RTC和后备寄存器的访问。
2.5 BKP备份寄存器常用来保存一些系统配置信息和相关标志位。

3. RTC常用寄存器
3.1 RTC控制寄存器 (RTC_CRH（高位）， RTC_CRL（低位）)；

3.1.1 修改CRH/CRL寄存器，必须先判断RSF位，确定已经同步；
3.1.2 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；
3.1.3 同时在对RTC相关寄存器写操作之前，必须判断上一次写操作已经结束，也就是判断RTOFF位是否置位。
3.2 RTC预分频装载寄存器 (RTC_PRLH， RTC_PRLL)；

3.3 RTC预分频余数寄存器 (RTC_DIVH， RTC_DIVL)；

3.4 RTC计数器寄存器 (RTC_CNTH， RTC_CNTL)；

3.5 RTC闹钟寄存器 (RTC_ALRH， RTC_ALRL)；

3.6 配置RTC寄存器

3.7 读RTC寄存器

4. RTC常用库函数
4.1 STM32提供的官方库函数文件名为：
stm32f10x_rtc.c 和stm32f10x_rtc.h;
4.2 具体库函数为：

void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalStateNewState);
void RTC_EnterConfigMode(void);
void RTC_ExitConfigMode(void);
uint32_t RTC_GetCounter(void);
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue);
void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);
void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue);
uint32_t RTC_GetDivider(void);
void RTC_WaitForLastTask(void);
void RTC_WaitForSynchro(void);
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);

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4.3 RTC时钟源和时钟操作函数：

void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t CLKSource); //时钟源选择
void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState); //时钟使能

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4.4 RTC配置函数（预分频，计数值）：

void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue); //预分频配置：PRLH/PRLL
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue); //设置计数器值：CNTH/CNTL
void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue); //闹钟设置：ALRH/ALRL

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4.5 RTC中断设置函数：

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

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4.6 RTC允许配置和退出配置函数：

void RTC_EnterConfigMode(void); //允许RTC配置 : CRL位 CNF
void RTC_ExitConfigMode(void); //退出配置模式 : CRL位 CNF

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4.7 同步函数：

void RTC_WaitForLastTask(void); //等待上次操作完成：CRL位RTOFF
void RTC_WaitForSynchro(void); //等待时钟同步：CRL位RSF

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4.8 相关状态位获取清除函数：

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);

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1.9 其他相关函数（BKP等）

PWR_BackupAccessCmd(); //BKP后备区域访问使能
RCC_APB1PeriphClockCmd(); //使能PWR和BKP时钟
RCC_LSEConfig(); //开启LSE，RTC选择LSE作为时钟源
PWR_BackupAccessCmd(); //BKP后备区域访问使能
uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR); //读BKP寄存器
void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data); //写BKP

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5. RTC一般配置步骤
5.1 使能PWR和BKP时钟：

RCC_APB1PeriphClockCmd();

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5.2 使能后备寄存器访问：

PWR_BackupAccessCmd();

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5.3
配置RTC时钟源，使能RTC时钟：

RCC_RTCCLKConfig();
RCC_RTCCLKCmd();

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如果使用LSE，要打开LSE：RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON)；

5.4 设置RTC预分频系数：

RTC_SetPrescaler();

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5.5 设置时间：

RTC_SetCounter();

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5.6 开启相关中断（如果需要）：

RTC_ITConfig();

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5.7 编写中断服务函数：

RTC_IRQHandler();

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5.8 部分操作要等待写操作完成和同步。

RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
RTC_WaitForSynchro(); //等待RTC寄存器同步

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6. 相关实验代码
6.1 rtc.h头文件代码

#ifndef __RTC_H
#define __RTC_H
#include "stm32f10x.h"
//定义一个时间结构体//
typedef struct
{
vu8 hour; //时
vu8 min; //分
vu8 sec; //秒
vu16 w_year; //年
vu8 w_month; //月
vu8 w_date; //日
vu8 week; //周
}_calendar_obj;
extern _calendar_obj calendar; //日历结构体，已在rtc.c中申明了//
extern u8 const mon_table[12]; //月份日期数据表，常数
void Disp_Time(u8 x,u8 y,u8 size); //在制定位置开始显示时间
void Disp_Week(u8 x,u8 y,u8 size,u8 lang); //在指定位置显示星期
u8 RTC_Init(void); //初始化RTC,返回0,失败;1,成功;
u8 Is_Leap_Year(u16 year); //平年,闰年判断，返回1是，0不是
u8 RTC_Alarm_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec); //闹钟设定
u8 RTC_Get(void); //获取时间
u8 RTC_Get_Week(u16 year,u8 month,u8 day); //获取日期，返回0成功，其他失败
u8 RTC_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec); //设置时间
#endif

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6.2 rtc.c文件代码

#include "beep.h"
#include "rtc.h"
#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
//时钟结构体//
_calendar_obj calendar;
static void RTC_NVIC_Config(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = RTC_IRQn; //RTC全局中断
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; //先占优先级1位,从优先级3位
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //抢占优先级0位,从优先级4位
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能该通道中断
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
//实时时钟配置
//初始化RTC时钟,同时检测时钟是否工作正常
//BKP->DR1用于保存是否第一次配置的设置
//返回0:正常; 其他:错误代码
u8 RTC_Init(void)
{
//检查是不是第一次配置时钟//
u8 temp=0;
//*****第一步*****//
//电源控制PWR，当主电源VDD掉电后，通过VBAT脚为实时时钟(RTC)和备份寄存器(BKP)提供电源//
//使能PWR和BKP外设时钟//
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
//*****第二步*****//
//使能后备寄存器访问，位带操作，实际对电源控制寄存器PWR_CR的第八位DBP写1，允许写入RTC和BKP//
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
//读取BKP_DR1寄存器0~15位的值，判断是否与0x5050一致//
if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0x5050)
{
//如果不一致，说明第一次配置，则进行如下操作//
BKP_DeInit(); //复位备份区域//
RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON); //设置外部低速晶振(LSE),使用外设低速晶振//
//备份域控制寄存器RCC_BDCR，位1，LSERDY为0时未就绪，为1时就绪//
while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET&&temp<250)
{
temp++;
delay_ms(10);
}
if(temp>=250)return 1; //初始化时钟失败,晶振有问题，结束u8 RTC_Init(void)函数//
//若temp＜250，则继续//
//*****第三步*****//
RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //设置RTC时钟(RTCCLK),选择LSE作为RTC时钟//
RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //使能RTC时钟//
//*****配置RTC寄存器开始*****//
//*****第六步*****//
//RTC控制寄存器低位(RTC_CRL)，位5，RTOFF为0时仍在写操作，为1时写操作完成，该函数循环执行，直到RTOFF为1//
RTC_WaitForLastTask();
//RTC控制寄存器低位(RTC_CRL)，位3，RSF为0时寄存器未同步，为1时寄存器同步，该函数循环执行，直到 RSF 为1//
//因为修改CRH/CRL寄存器，必须先判断RSF位，确定已经同步//
RTC_WaitForSynchro();
RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC | RTC_IT_ALR, ENABLE); //对控制寄存器高位(RTC_CRH)操作，使能RTC秒中断//
RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成//
//*****第四步和第五步*****//
//RTC控制寄存器低位(RTC_CRL)，位4，CNF置1，进入配置模式//
RTC_EnterConfigMode();
RTC_SetPrescaler(32767); //设置RTC预分频的值//
RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成//
RTC_Set(2015,1,14,17,42,55); //设置时间，纯c语言代码//
//RTC控制寄存器低位(RTC_CRL)，位4，CNF置0，退出配置模式//
RTC_ExitConfigMode();
//写入BKP_DR1寄存器0~15位的值//
BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5050); //向指定的后备寄存器中写入用户程序数据//
}
else //如果，不是第一次配置，系统继续计时//
{
RTC_WaitForSynchro(); //等待寄存器同步//
RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC | RTC_IT_ALR, ENABLE);
RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成//
}
RTC_NVIC_Config(); //RCT中断分组设置//
RTC_Get(); //更新时间//
return 0; //ok//
}
//*****第七步，编写中断服务函数*****//
//秒中断发生，更新时间，闹钟中断发生，更新时间并向串口发送时间//
void RTC_IRQHandler(void)
{
if(RTC_GetITStatus(RTC_IT_ALR)!= RESET) //判断闹钟中断是否发生//
{
//RTC控制寄存器低位(RTC_CRL)，位1，ALRF置0，清闹钟中断//
RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_ALR);
RTC_Get(); //更新时间//
printf("闹钟时间:%d-%d-%d %d:%d:%d\n",calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date,calendar.hour,calendar.min,calendar.sec);
BEEP=1;
delay_ms(1000);
BEEP=0;
}
if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_SEC) != RESET) //判断秒钟中断是否发生//
{
RTC_Get();
printf("闹钟时间:%d-%d-%d %d:%d:%d\n",calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date,calendar.hour,calendar.min,calendar.sec);
}
RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_SEC|RTC_IT_OW); //清闹钟中断和溢出标志//
RTC_WaitForLastTask(); //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成//
}
//判断是否是闰年函数，能被4整除，但不能被100整除的年是闰年，能被400整除的年是闰年//
//月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
//闰年 31 29 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
//非闰年/平年 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31
//输入:年份
//输出:该年份是不是闰年.1,是.0,不是
u8 Is_Leap_Year(u16 year)
{
if(year%4==0) //判断是否能被4整除，能则继续；不能则不是闰年，且返回0//
{
if(year%100==0) //判断是否能被100整除,能则继续；不能则是闰年，且返回1//
{
if(year%400==0)return 1; //判断是否能被400整除，能则是闰年，且返回1；不能则不是闰年，且返回0//
else return 0;
}else return 1;
}else return 0;
}
//设置时钟，把输入的时钟转换为秒钟，以1970年1月1日为基准，1970~2099年为合法年份//
//并将值传至RTC计数器寄存器高位(RTC_CNTH)和RTC计数器寄存器低位(RTC_CNTL)中//
//返回值:0,成功;其他:错误代码//
//平年的月份日期表，闰年的话，就把28改29//
const u8 mon_table[12]={31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31};
u8 RTC_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec)
{
u16 t;
u32 seccount=0;
if(syear<1970||syear>2099)return 1; //如果年份不在1970~2099年之内，则报错，函数停止//
for(t=1970;t<syear;t++) //把所有年份的秒钟相加//
{
if(Is_Leap_Year(t))seccount+=31622400; //闰年的秒钟数//
else seccount+=31536000; //平年的秒钟数，少一天//
}
smon-=1;
for(t=0;t<smon;t++) //把前面月份的秒钟数相加//
{
seccount+=(u32)mon_table[t]*86400; //月份秒钟数相加//
if(Is_Leap_Year(syear)&&t==1)seccount+=86400; //闰年2月份增加一天的秒钟数 //
}
seccount+=(u32)(sday-1)*86400; //把前面日期的秒钟数相加//
seccount+=(u32)hour*3600; //小时秒钟数//
seccount+=(u32)min*60; //分钟秒钟数//
seccount+=sec; //最后的秒钟加上去//
//以上，已经把某年某月某日某时某分某秒的时间，用秒计数起来//
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE); //使能PWR和BKP外设时钟//
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能RTC和BKP访问//
RTC_SetCounter(seccount); //设置RTC计数器的值//
RTC_WaitForLastTask();
return 0;
}
//初始化闹钟，以1970年1月1日为基准，1970~2099年为合法年份，syear,smon,sday,hour,min,sec：年月日时分秒//
//返回值:0,成功;其他:错误代码.//
u8 RTC_Alarm_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec)
{
u16 t;
u32 seccount=0;
if(syear<1970||syear>2099)return 1;
for(t=1970;t<syear;t++) //把所有年份的秒钟相加//
{
if(Is_Leap_Year(t))seccount+=31622400; //闰年的秒钟数//
else seccount+=31536000; //平年的秒钟数//
}
smon-=1;
for(t=0;t<smon;t++) //把前面月份的秒钟数相加//
{
seccount+=(u32)mon_table[t]*86400; //月份秒钟数相加//
if(Is_Leap_Year(syear)&&t==1)seccount+=86400; //闰年2月份增加一天的秒钟数//
}
seccount+=(u32)(sday-1)*86400; //把前面日期的秒钟数相加//
seccount+=(u32)hour*3600; //小时秒钟数//
seccount+=(u32)min*60; //分钟秒钟数//
seccount+=sec; //最后的秒钟加上去//
//设置时钟//
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE); //使能PWR和BKP外设时钟//
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能RTC和BKP访问//
RTC_SetAlarm(seccount); //设置RTC闹钟寄存器值//
RTC_WaitForLastTask();
return 0;
}
//得到当前的时间，将秒转换成年月日时分秒//
//返回值:0,成功;其他:错误代码.//
u8 RTC_Get(void)
{
static u16 daycnt=0;
u32 timecount=0;
u32 temp=0;
u16 temp1=0;
timecount=RTC_GetCounter(); //获取16位RTC计数器寄存器高位RTC_CNTH和低位RTC_CNTL的值，返回32位数据//
temp=timecount/86400; //得到天数//
if(daycnt!=temp) //超过一天了
{
daycnt=temp;
temp1=1970; //从1970年开始//
while(temp>=365) //当temp≥365天时//
{
if(Is_Leap_Year(temp1)) //闰年判断，闰年366天，平年365天//
{
if(temp>=366)
temp-=366; //闰年，temp减366天//
else break; //当年是闰年，且是365天时，跳出循环//
}
else temp-=365; //平年，temp减365天//
temp1++; //平年，temp1加1年//
}
calendar.w_year=temp1; //得到年份temp1//
temp1=0; //temp1至0，开始计算月份//
while(temp>=28) //当28≤temp＜365天时//
{
//temp1从0至11分别对应1月到12月//
if(Is_Leap_Year(calendar.w_year)&&temp1==1) //当是闰年，且为2月份时，执行下面语句//
{
if(temp>=29)temp-=29;
else break;
}
else //平年，执行else//
{
if(temp>=mon_table[temp1])
temp-=mon_table[temp1];
else break;
}
temp1++;
}
calendar.w_month=temp1+1; //得到月份//
calendar.w_date=temp+1; //得到日期//
}
temp=timecount%86400; //得到秒钟数//
calendar.hour=temp/3600; //小时//
calendar.min=(temp%3600)/60; //分钟//
calendar.sec=(temp%3600)%60; //秒钟//
calendar.week=RTC_Get_Week(calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date); //获取星期//
return 0;
}
//获得现在是星期几
//功能描述:输入公历日期得到星期(只允许1901-2099年)
//输入参数：公历年月日
//返回值：星期号
u8 const table_week[12]={0,3,3,6,1,4,6,2,5,0,3,5}; //月修正数据表?//
u8 RTC_Get_Week(u16 year,u8 month,u8 day)
{
u16 temp2;
u8 yearH,yearL;
yearH=year/100; yearL=year%100;
//如果为21世纪,年份数加100//
if (yearH>19)
yearL+=100;
//所过闰年数只算1900年之后的//
temp2=yearL+yearL/4;
temp2=temp2%7;
temp2=temp2+day+table_week[month-1];
if (yearL%4==0&&month<3)temp2--;
return(temp2%7);
}

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6.3 main.c文件代码

#include "led.h"
#include "beep.h"
#include "rtc.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "usmart.h"
//主函数//
int main(void)
{
u8 t=0;
delay_init(); //延时函数初始化//
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级//
uart_init(115200); //串口初始化为115200//
LED_Init(); //LED端口初始化//
BEEP_Init();
BEEP=1;
delay_ms(1000);
BEEP=0;
LED0=0; //LED0亮//
usmart_dev.init(SystemCoreClock/1000000); //初始化USMART//
RTC_Init(); //RTC初始化//
while(1)
{
if(t!=calendar.sec)
{
t=calendar.sec; //如果calendar.sec不更新，则t不更新//
LED0=!LED0; //每次calendar.sec更新，LED0和LED1交替闪烁//
LED1=!LED1;
}
delay_ms(10);
}
}