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 = ;    //先占优先级1位,从优先级3位
     NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = ;    //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=;
     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<)    //检查指定的RCC标志位设置与否,等待低速晶振就绪
         {
             temp++;
             delay_ms();
         }
         if(temp>=)return ;//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(); //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(,,,,,);  //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 ; //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\n",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%==) //必须能被4整除
     {
         if(year%==)
         {
             if(year%==)return ;//如果以00结尾,还要能被400整除
             else return ;
         }else return ;
     }else return ;
 }

 //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[]={,,,,,,,,,,,}; //月修正数据表
 const u8 mon_table[]={,,,,,,,,,,,};//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=;
     if(syear<||syear>)return ;
     for(t=;t<syear;t++)    //把所有年份的秒钟相加
     {
         if(Is_Leap_Year(t))seccount+=;//闰年的秒钟数
         else seccount+=;              //平年的秒钟数
     }
     smon-=;
     for(t=;t<smon;t++)       //把前面月份的秒钟数相加
     {
         seccount+=(u32)mon_table[t]*;//月份秒钟数相加
         if(Is_Leap_Year(syear)&&t==)seccount+=;//闰年2月份增加一天的秒钟数
     }
     seccount+=(u32)(sday-)*;//把前面日期的秒钟数相加
     seccount+=(u32)hour*;//小时秒钟数
     seccount+=(u32)min*;     //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 ;
 }

 //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=;
     if(syear<||syear>)return ;
     for(t=;t<syear;t++)    //把所有年份的秒钟相加
     {
         if(Is_Leap_Year(t))seccount+=;//闰年的秒钟数
         else seccount+=;              //平年的秒钟数
     }
     smon-=;
     for(t=;t<smon;t++)       //把前面月份的秒钟数相加
     {
         seccount+=(u32)mon_table[t]*;//月份秒钟数相加
         if(Is_Leap_Year(syear)&&t==)seccount+=;//闰年2月份增加一天的秒钟数
     }
     seccount+=(u32)(sday-)*;//把前面日期的秒钟数相加
     seccount+=(u32)hour*;//小时秒钟数
     seccount+=(u32)min*;     //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 ;
 }

 //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=;
     u32 timecount=;
     u32 temp=;
     u16 temp1=;
     timecount=RTC_GetCounter();
      temp=timecount/;   //得到天数(秒钟数对应的)
     if(daycnt!=temp)//超过一天了
     {
         daycnt=temp;
         temp1=;    //从1970年开始
         while(temp>=)
         {
             if(Is_Leap_Year(temp1))//是闰年
             {
                 if(temp>=)temp-=;//闰年的秒钟数
                 else {temp1++;break;}
             }
             else temp-=;      //平年
             temp1++;
         }
         calendar.w_year=temp1;//得到年份
         temp1=;
         while(temp>=)//超过了一个月
         {
             if(Is_Leap_Year(calendar.w_year)&&temp1==)//当年是不是闰年/2月份
             {
                 if(temp>=)temp-=;//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+;    //得到月份
         calendar.w_date=temp+;      //得到日期
     }
     temp=timecount%;             //得到秒钟数
     calendar.hour=temp/;         //小时
     calendar.min=(temp%)/;     //分钟
     calendar.sec=(temp%)%;     //秒钟
     calendar.week=RTC_Get_Week(calendar.w_year,calendar.w_month,calendar.w_date);//获取星期
     calendar.msec=(-RTC_GetDivider())*    /;
     return ;
 }    

 //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/;    yearL=year%;
     // 如果为21世纪,年份数加100
     if (yearH>)yearL+=;
     // 所过闰年数只算1900年之后的
     temp2=yearL+yearL/;
     temp2=temp2%;
     temp2=temp2+day+table_week[month-];
     if (yearL%==&&month<)temp2--;
     return(temp2%);
 }              

rtc.c

 #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[];    //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             

rtc.h

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=(-RTC_GetDivider())*/;

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(); //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(,,,,,);  //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
}