STM32-RTC实时时钟-毫秒计时实现

OS：Windows 64

Development kit：MDK5.14

IDE：UV4

MCU：STM32F103C8T6

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。

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "rtc.h"             
       
_calendar_obj calendar;//时钟结构体 
 
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;    //先占优先级0位,从优先级4位
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        //使能该通道中断
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);        //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
}

//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;
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);    //使能PWR和BKP外设时钟   
    PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);    //使能后备寄存器访问  
    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
    {                  
        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
        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
        {
            temp++;
            delay_ms(10);
        }
        if(temp>=250)return 1;//初始化时钟失败,晶振有问题        
        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  
        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  
        RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE);        //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
        RTC_EnterConfigMode();/// 允许配置    
        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(2018,4,2,17,37,00);  //设置时间    
        RTC_ExitConfigMode(); //退出配置模式  
        BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5051);    //向指定的后备寄存器中写入用户程序数据
    }
    else//系统继续计时
    {

        RTC_WaitForSynchro();    //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
        RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE);    //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
    }
    RTC_NVIC_Config();//RCT中断分组设置                                 
    RTC_Get();//更新时间    
    return 0; //ok

}                             
//RTC时钟中断
//每秒触发一次  
//extern u16 tcnt; 
void RTC_IRQHandler(void)
{         
//    if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_SEC) != RESET)//秒钟中断
//    {                            
//        RTC_Get();//更新时间   
//     }
//    if(RTC_GetITStatus(RTC_IT_ALR)!= RESET)//闹钟中断
//    {
//        RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_ALR);        //清闹钟中断          
//      RTC_Get();                //更新时间   
//      //printf("Alarm Time:%d-%d-%d %d:%d:%d
",calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date,calendar.hour,calendar.min,calendar.sec);//输出闹铃时间    
//        
//      }                                                    
    RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_SEC|RTC_IT_OW);        //清闹钟中断
    RTC_WaitForLastTask();                                                   
}


//判断是否是闰年函数
//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 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) //必须能被4整除
    { 
        if(year%100==0) 
        { 
            if(year%400==0)return 1;//如果以00结尾,还要能被400整除        
            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
//返回值:0,成功;其他:错误代码.
//月份数据表                                             
const u8  table_week[12]={0,3,3,6,1,4,6,2,5,0,3,5}; //月修正数据表      
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

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;       
    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

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);    //使能PWR和BKP外设时钟  
    PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);    //使能RTC和后备寄存器访问 
    RTC_SetCounter(seccount);    //设置RTC计数器的值

    RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成      
    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：闹钟的年月日时分秒   
//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);    //使能后备寄存器访问  
    //上面三步是必须的!
    
    RTC_SetAlarm(seccount);
 
    RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成      
    
    return 0;        
}


//得到当前的时间
//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();     
     temp=timecount/86400;   //得到天数(秒钟数对应的)
    if(daycnt!=temp)//超过一天了
    {      
        daycnt=temp;
        temp1=1970;    //从1970年开始
        while(temp>=365)
        {                 
            if(Is_Leap_Year(temp1))//是闰年
            {
                if(temp>=366)temp-=366;//闰年的秒钟数
                else {temp1++;break;}  
            }
            else temp-=365;      //平年 
            temp1++;  
        }   
        calendar.w_year=temp1;//得到年份
        temp1=0;
        while(temp>=28)//超过了一个月
        {
            if(Is_Leap_Year(calendar.w_year)&&temp1==1)//当年是不是闰年/2月份
            {
                if(temp>=29)temp-=29;//闰年的秒钟数
                else break; 
            }
            else 
            {
                if(temp>=mon_table[temp1])temp-=mon_table[temp1];//平年
                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
    calendar.msec=(32767-RTC_GetDivider())*    1000/32767;
    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 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);
}              

#include "sys.h"

//时间结构体
typedef struct 
{
    vu8 hour;//vu8
    vu8 min;
    vu8 sec;
    vu16 msec;
    
    //公历日月年周
    vu16 w_year;
    vu8  w_month;
    vu8  w_date;
    vu8  week;         
}_calendar_obj;                     

extern _calendar_obj calendar;    //日历结构体
extern u8 const mon_table[12];    //月份日期数据表

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

//u8 RTC_Alarm_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec);
u8 RTC_Get(void);         //更新时间   
u8 RTC_Get_Week(u16 year,u8 month,u8 day);
u8 RTC_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec);//设置时间             

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

//时间结构体
typedef struct 
{
    vu8 hour;//vu8
    vu8 min;
    vu8 sec;
    vu16 msec;
    
    //公历日月年周
    vu16 w_year;
    vu8  w_month;
    vu8  w_date;
    vu8  week;         
}_calendar_obj;    

　　获取毫秒时间

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

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。

if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0x5051)
{
    ...
    RTC_EnterConfigMode();/// 允许配置    
    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(2018,4,2,17,37,00);  //设置时间    
    RTC_ExitConfigMode(); //退出配置模式  
    BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5051);    //向指定的后备寄存器中写入用户程序数据    
}