STM32-RTC實時時鍾-毫秒計時實現

OS：Windows 64

Development kit：MDK5.14

IDE：UV4

MCU：STM32F103C8T6

1、RTC時鍾簡介

　　STM32 的實時時鍾（RTC）是一個獨立的定時器，在相應軟件配置下，可提供時鍾日歷的功能。 詳細資料請參考ALIENTEK的官方文檔——《STM32F1開發指南（精英版-庫函數版）》，以下為博主摘錄要點：

 

• RTC 模塊和時鍾配置系統(RCC_BDCR 寄存器)在后備區域 ，系統復位后，會自動禁止訪問后備寄存器和 RTC ，所以在要設置時間之前， 先要取消備份區域（BKP）的寫保護
  
• RTC 內核完全獨立於 RTC APB1 接口，而軟件是通過 APB1 接口訪問 RTC 的預分頻值、計數器值和鬧鍾值，因此需要等待時鍾同步，寄存器同步標志位（RSF）會硬件置1
  
• RTC相關寄存器包括：控制寄存器（CRH、CRL）、預分頻裝載寄存器（PRLH、PRLL）、預分頻器余數寄存器（DIVH、DIVL）、計數寄存器（CNTH、CNTL）、鬧鍾寄存器（ALRH、ALRL）
• STM32備份寄存器，存RTC校驗值和一些重要參數，最大字節84，可由VBAT供電
• 計數器時鍾頻率：RTCCLK頻率/(預分頻裝載寄存器值+1)

2、軟硬件設計

　　由於RTC是STM32芯片自帶的時鍾資源，所以自主開發的時候只需要在設計時加上晶振電路和紐扣電池即可。編程時在HARDWARE文件夾新建 rtc.c、rtc.h 文件。

3、時鍾配置與函數編寫

　　為了使用RTC時鍾，需要進行配置和時間獲取，基本上按照例程來寫就可以了。為避免零散，我將附上完整代碼。函數說明如下：

rtc.c中需要編寫的函數列表

RTC_Init（void）	配置時鍾
RTC_NVIC_Config（void）	中斷分組
RTC_IRQHandler(void)	秒中斷處理
RTC_Set（u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec）	設置時間
RTC_Alarm_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec)	鬧鍾設置
RTC_Get(void)	獲取時鍾
RTC_Get_Week(u16 year,u8 month,u8 day)	星期計算
Is_Leap_Year(u16 year)	閏年判斷

 

　　事實上，以上函數並不都要，鬧鍾沒有用到的話就不要，秒中斷也可以不作處理，看項目需求。

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "rtc.h"             
       
_calendar_obj calendar;//時鍾結構體 
 
static void RTC_NVIC_Config(void)  8 {  9  NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;  10     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = RTC_IRQn;        //RTC全局中斷
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;    //先占優先級1位,從優先級3位
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;    //先占優先級0位,從優先級4位
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        //使能該通道中斷
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);        //根據NVIC_InitStruct中指定的參數初始化外設NVIC寄存器
}  16 
//實時時鍾配置  18 //初始化RTC時鍾,同時檢測時鍾是否工作正常  19 //BKP->DR1用於保存是否第一次配置的設置  20 //返回0:正常  21 //其他:錯誤代碼

u8 RTC_Init(void)  24 {  25     //檢查是不是第一次配置時鍾
    u8 temp=0;  27     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);    //使能PWR和BKP外設時鍾 
    PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);    //使能后備寄存器訪問 
    if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0x5051)        //從指定的后備寄存器中讀出數據:讀出了與寫入的指定數據不相乎
 {  31         BKP_DeInit();    //復位備份區域 
        RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);    //設置外部低速晶振(LSE),使用外設低速晶振
        while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET&&temp<250)    //檢查指定的RCC標志位設置與否,等待低速晶振就緒
 {  35             temp++;  36             delay_ms(10);  37  }  38         if(temp>=250)return 1;//初始化時鍾失敗,晶振有問題 
        RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);        //設置RTC時鍾(RTCCLK),選擇LSE作為RTC時鍾 
        RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);    //使能RTC時鍾 
        RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次對RTC寄存器的寫操作完成
        RTC_WaitForSynchro();        //等待RTC寄存器同步 
        RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE);        //使能RTC秒中斷
        RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次對RTC寄存器的寫操作完成
        RTC_EnterConfigMode();/// 允許配置 
        RTC_SetPrescaler(32767); //設置RTC預分頻的值
        RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次對RTC寄存器的寫操作完成
        RTC_Set(2018,4,2,17,37,00);  //設置時間 
        RTC_ExitConfigMode(); //退出配置模式 
        BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5051);    //向指定的后備寄存器中寫入用戶程序數據
 }  52     else//系統繼續計時
 {  54 
        RTC_WaitForSynchro();    //等待最近一次對RTC寄存器的寫操作完成
        RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE);    //使能RTC秒中斷
        RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次對RTC寄存器的寫操作完成
 }  59     RTC_NVIC_Config();//RCT中斷分組設置 
    RTC_Get();//更新時間 
    return 0; //ok

}  64 //RTC時鍾中斷  65 //每秒觸發一次  66 //extern u16 tcnt; 
void RTC_IRQHandler(void)  68 {  69 // if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_SEC) != RESET)//秒鍾中斷  70 // {  71 // RTC_Get();//更新時間  72 // }  73 // if(RTC_GetITStatus(RTC_IT_ALR)!= RESET)//鬧鍾中斷  74 // {  75 // RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_ALR); //清鬧鍾中斷  76 // RTC_Get(); //更新時間  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);//輸出鬧鈴時間  78 //        
// } 
    RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_SEC|RTC_IT_OW);        //清鬧鍾中斷
 RTC_WaitForLastTask();  82 }  83 

//判斷是否是閏年函數  86 //月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12  87 //閏年 31 29 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31  88 //非閏年 31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31  89 //輸入:年份  90 //輸出:該年份是不是閏年.1,是.0,不是
u8 Is_Leap_Year(u16 year)  92 {  93     if(year%4==0) //必須能被4整除
 {  95         if(year%100==0)  96  {  97             if(year%400==0)return 1;//如果以00結尾,還要能被400整除 
            else return 0;  99         }else return 1; 100     }else return 0; 101 } 102 

//設置時鍾 105 //把輸入的時鍾轉換為秒鍾 106 //以1970年1月1日為基准 107 //1970~2099年為合法年份 108 //返回值:0,成功;其他:錯誤代碼. 109 //月份數據表 
const u8  table_week[12]={0,3,3,6,1,4,6,2,5,0,3,5}; //月修正數據表 
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) 114 { 115  u16 t; 116     u32 seccount=0; 117     if(syear<1970||syear>2099)return 1; 118     for(t=1970;t<syear;t++)    //把所有年份的秒鍾相加
 { 120         if(Is_Leap_Year(t))seccount+=31622400;//閏年的秒鍾數
        else seccount+=31536000;              //平年的秒鍾數
 } 123     smon-=1; 124     for(t=0;t<smon;t++)       //把前面月份的秒鍾數相加
 { 126         seccount+=(u32)mon_table[t]*86400;//月份秒鍾數相加
        if(Is_Leap_Year(syear)&&t==1)seccount+=86400;//閏年2月份增加一天的秒鍾數 
 } 129     seccount+=(u32)(sday-1)*86400;//把前面日期的秒鍾數相加 
    seccount+=(u32)hour*3600;//小時秒鍾數
    seccount+=(u32)min*60;     //分鍾秒鍾數
    seccount+=sec;//最后的秒鍾加上去

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);    //使能PWR和BKP外設時鍾 
    PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);    //使能RTC和后備寄存器訪問 
    RTC_SetCounter(seccount);    //設置RTC計數器的值

    RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次對RTC寄存器的寫操作完成 
    return 0; 140 } 141 
//初始化鬧鍾 143 //以1970年1月1日為基准 144 //1970~2099年為合法年份 145 //syear,smon,sday,hour,min,sec：鬧鍾的年月日時分秒 146 //返回值:0,成功;其他:錯誤代碼.
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++)    //把所有年份的秒鍾相加
 { 154         if(Is_Leap_Year(t))seccount+=31622400;//閏年的秒鍾數
        else seccount+=31536000;              //平年的秒鍾數
 } 157     smon-=1; 158     for(t=0;t<smon;t++)       //把前面月份的秒鍾數相加
 { 160         seccount+=(u32)mon_table[t]*86400;//月份秒鍾數相加
        if(Is_Leap_Year(syear)&&t==1)seccount+=86400;//閏年2月份增加一天的秒鍾數 
 } 163     seccount+=(u32)(sday-1)*86400;//把前面日期的秒鍾數相加 
    seccount+=(u32)hour*3600;//小時秒鍾數
    seccount+=(u32)min*60;     //分鍾秒鍾數
    seccount+=sec;//最后的秒鍾加上去 167     //設置時鍾
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);    //使能PWR和BKP外設時鍾 
    PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);    //使能后備寄存器訪問 170     //上面三步是必須的!
    
 RTC_SetAlarm(seccount); 173  
    RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次對RTC寄存器的寫操作完成 
    
    return 0; 177 } 178 

//得到當前的時間 181 //返回值:0,成功;其他:錯誤代碼.
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;   //得到天數(秒鍾數對應的)
    if(daycnt!=temp)//超過一天了
 { 192         daycnt=temp; 193         temp1=1970;    //從1970年開始
        while(temp>=365) 195  { 196             if(Is_Leap_Year(temp1))//是閏年
 { 198                 if(temp>=366)temp-=366;//閏年的秒鍾數
                else {temp1++;break;} 200  } 201             else temp-=365;      //平年 
            temp1++; 203  } 204         calendar.w_year=temp1;//得到年份
        temp1=0; 206         while(temp>=28)//超過了一個月
 { 208             if(Is_Leap_Year(calendar.w_year)&&temp1==1)//當年是不是閏年/2月份
 { 210                 if(temp>=29)temp-=29;//閏年的秒鍾數
                else break; 212  } 213             else 
 { 215                 if(temp>=mon_table[temp1])temp-=mon_table[temp1];//平年
                else break; 217  } 218             temp1++; 219  } 220         calendar.w_month=temp1+1;    //得到月份
        calendar.w_date=temp+1;      //得到日期 
 } 223     temp=timecount%86400;             //得到秒鍾數 
    calendar.hour=temp/3600;         //小時
    calendar.min=(temp%3600)/60;     //分鍾 
    calendar.sec=(temp%3600)%60;     //秒鍾
    calendar.week=RTC_Get_Week(calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date);//獲取星期
    calendar.msec=(32767-RTC_GetDivider())*    1000/32767; 229     return 0; 230 } 231 

//獲得現在是星期幾 234 //功能描述:輸入公歷日期得到星期(只允許1901-2099年) 235 //輸入參數：公歷年月日 236 //返回值：星期號 
u8 RTC_Get_Week(u16 year,u8 month,u8 day) 238 { 239  u16 temp2; 240  u8 yearH,yearL; 241     
    yearH=year/100;    yearL=year%100; 243     // 如果為21世紀,年份數加100 
    if (yearH>19)yearL+=100; 245     // 所過閏年數只算1900年之后的 
    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 }              

#include "sys.h"

//時間結構體
typedef struct 
{  6     vu8 hour;//vu8
 vu8 min;  8  vu8 sec;  9  vu16 msec; 10     
    //公歷日月年周
 vu16 w_year; 13  vu8 w_month; 14  vu8 w_date; 15  vu8 week; 16 }_calendar_obj; 17 
extern _calendar_obj calendar;    //日歷結構體
extern u8 const mon_table[12];    //月份日期數據表

u8 RTC_Init(void);        //初始化RTC,返回0,失敗;1,成功;
u8 Is_Leap_Year(u16 year);//平年,閏年判斷 23 
//u8 RTC_Alarm_Set(u16 syear,u8 smon,u8 sday,u8 hour,u8 min,u8 sec);
u8 RTC_Get(void);         //更新時間 
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);//設置時間 

4、秒鍾計時原理

　　使用外部32.768KHz的晶振作為時鍾的輸入頻率，設置預分頻裝載寄存器的值為32767，根據計算公式，剛好可以得到1秒的計數頻率。時間基准設置為1970年1月1日0時0分0秒，后續的時間都以這個為基准進行計算。RTC計數器是32位的，理論上可以記錄136年左右的時間。（注意不必在秒中斷里更新時間）

5、毫秒計時原理

　　如果要獲取到毫秒級的時鍾怎么辦？在我的項目中就有這樣的要求。事實上，獲取毫秒時鍾也非常簡單。

　　查閱開發指南，RTC預分頻器余數寄存器（RTC_DIVH、RTC_DIVL），這兩個寄存器的作用就是用來獲得比秒鍾更為准確的時鍾。 該寄存器的值自減的，用於保存還需要多少時鍾周期獲得一個秒信號。在一次秒鍾更新后，由硬件重新裝載。這兩個寄存器和 RTC 預分頻裝載寄存器位數是一樣的。也就是說，如果預分頻裝載寄存器的值為32767，那么余數寄存器就會在每一次秒更新時由硬件重新裝載為32767，然后向下計數，計數到0表示一秒，也即1000ms。

　　因此，我們在時鍾結構體中添加msec成員

//時間結構體
typedef struct 
{  4     vu8 hour;//vu8
 vu8 min;  6  vu8 sec;  7  vu16 msec;  8     
    //公歷日月年周
 vu16 w_year; 11  vu8 w_month; 12  vu8 w_date; 13  vu8 week; 14 }_calendar_obj;    

　　獲取毫秒時間

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

6、修改時間　　

　　如果RTC時鍾在使用的過程中不准了（我遇到的情況大概是掉電跑了2個月，重新測試的時候差了2分鍾左右），可以重新校准時鍾。我們在備份區域 BKP_DR1 中寫入 0X5051 ，下次開機（或復位）的時候，先讀取 BKP_DR1 的值，然后判斷是否是 0X5051來決定是不是要配置。 如果要修改時間，請將0x5051改為其它數據，修改RTC_Set函數實參，再重新燒寫一下程序即可。

if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0x5051) { ... RTC_EnterConfigMode();/// 允許配置 
    RTC_SetPrescaler(32767); //設置RTC預分頻的值
    RTC_WaitForLastTask();    //等待最近一次對RTC寄存器的寫操作完成
    RTC_Set(2018,4,2,17,37,00);  //設置時間 
    RTC_ExitConfigMode(); //退出配置模式 
    BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0X5051);    //向指定的后備寄存器中寫入用戶程序數據 
}