RTC实时时钟，步骤超细详解，一文看懂RTC

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STMCU-管管发布时间：2020-9-29 10:09

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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。

: b6 e$ V/ P- h

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。

7 V5 k! A+ [( A. |+ m8 B4 T0 X

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。

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6 l2 w# s. S) Z0 U! ^

RCT特征：

● 可编程的预分频系数：分频系数高为220。* i; m0 a. c( }$ @9 ]
● 32位的可编程计数器，可用于较长时间段的测量。
# ^$ P- S' `# y$ K6 |● 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)。
4 t  x7 t2 F3 S' H+ [, H) t● 可以选择以下三种RTC的时钟源：
$ E2 B8 }1 Q1 G8 c/ B- ]. v    ● HSE时钟除以128；0 F9 d0 Y1 f$ [; O* ^5 S) S. C9 m
   ● LSE振荡器时钟；
* G* I$ |3 \4 _' I+ d    ● LSI振荡器时钟

● 2个独立的复位类型：4 D1 k' P  i# l( S+ P3 G& x2 v# z% f* h
   ● APB1接口由系统复位；; w. G+ R. i4 n8 P
   ● 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：
9 V$ V/ f9 J; o* Z8 v ● 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。

9 T# _( q C7 L2 v8 S

RTC时钟源：
7 @" B6 b4 i4 u5 Y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0 S/ J- h0 I% b9 M& L3 L
● HSE振荡器时钟
0 f8 ^& q3 F7 L4 P2 C8 y! S● 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。
- [$ D( ^5 H9 K5 C● 32.768kHz低速外部晶体也可用来通过程序选择驱动RTC(RTCCLK)。

# ?6 f3 p( b+ E& U+ o

% l( C( i& F9 ]: H: A0 Y

RTC原理框图

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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! Y' p' H) B) f! D

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)。

- N; ]9 p. l& y- ]

7 q0 f. R6 g& x& o7 ^

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。

9 [8 |% S6 L q7 w8 |

& L& g( r Z" y1 H- {) S

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
A" y9 L7 e! y& I' t( s# W) K. u6 ~4 |2 @

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).

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) s2 |0 r! r. N& X0 h$ I

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。1 u M$ S+ w6 o3 U" Q
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

" z: i9 i; w' x' r6 R

, g8 H1 A) ^ U6 T

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。

4 E& J/ a; O: i& X

% T( g2 l& G1 A. y, s3 Y% }8 G+ b

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、
! R' ?: e9 G6 S+ D/ d1 |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3 h2 U0 m1 y0 {) ~" N) Q7 |
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’
+ H! N% z: S( o6 Y( ?: v7 I; k时，才可以写入RTC寄存器。

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$ {# s& K& z* {7 `3 \& X

RTC时钟源

RTC是一个独立的时钟源
0 K* m+ ]/ |1 N( T

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)
$ B& a/ _6 `1 r$ S) p& [ M
$ T( l! w( `6 p; w. A+ o

RTC控制寄存器高位——RTC_CRH 寄存器

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1 N6 X, ]1 s/ \
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' I, b9 m% r9 g, R1 N+ J* R
能对RTC_CRH寄存器进行写操作。

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1 R9 F/ W' U4 [8 a5 @9 A

RTC控制寄存器低位——RTC_CRL 寄存器

一般用到该寄存器的 3，4，5位

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
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
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。. a$ }! w M i! l, }

5 d/ z" t+ ~8 M5 z/ _

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 Z3 s9 p$ @( Y2 F9 V
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2 ]) R1 m! b6 B/ C- }2 h0 t4 b

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。6 E' T$ V0 I& y4 j8 w; x' }

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)) D8 f4 ]3 F/ J

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。3 {! z6 ?" l# ~5 w5 X
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。
5 }1 F- n v2 B6 w I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$ L0 [: v- w. ]

) \; x2 R8 J6 }+ d _, @! @7 [

一般用 BKP 来存储 RTC 的校验值或者记录一些重要的数据，

0 u/ p5 `& m1 Y+ t' \+ {7 r+ `5 N

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。

9 ~6 F5 t& |4 A8 j

: _$ f' m2 ?3 t$ N# q9 O- I

RTC相关库函数

RTC时钟源和时钟操作函数：
' E- Q: S2 ~* `, U3 s a1 D8 l* I8 ?8 Y/ y; H" ]

void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t CLKSource)；//时钟源选择$ O) P5 s- U$ u7 G0 U
void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState)//时钟使能

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RTC配置函数（预分频，计数值）：
; S( x5 L; x6 z+ u

void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);//预分频配置：PRLH/PRLL n3 p& {+ q6 m8 B+ @0 E% U4 U
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue)；//设置计数器值：CNTH/CNTL
5 _: q4 w5 A6 m/ P+ j5 W9 ^2 f7 p
void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue)；//闹钟设置：ALRH/ALRL

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RTC中断设置函数：
) x) {$ o4 A5 _) e* ^2 j: Q0 w$ D" b, v$ y' }, T: m# l B! W

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

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RTC配置函数：
2 q. V/ t* R- G/ X
5 R! h) l7 m$ @( m9 e9 [" }$ L

void RTC_EnterConfigMode(void);//允许RTC配置 :CRL位 CNF7 y) X! x7 Q; @9 X
void RTC_ExitConfigMode(void);//退出配置模式:CRL位 CNF

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RTC同步函数：
F1 n) V9 w1 p3 \% `

void RTC_WaitForLastTask(void)；//等待上次操作完成：CRL位RTOFF
7 _, M6 S) e% Z4 G( T1 R( U
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：
8 S2 S/ j: ?* T, n ^8 J% e1 f

FlagStatus RTC_GetFlagStatus(uint16_t RTC_FLAG);# i5 v! p c) w( E' _ D
void RTC_ClearFlag(uint16_t RTC_FLAG);
( Z5 ]9 v- f( c, H H
ITStatus RTC_GetITStatus(uint16_t RTC_IT);
- a# X+ |# K# e
void RTC_ClearITPendingBit(uint16_t RTC_IT);

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其他相关函数（BKP等）
" `. a) ^3 I7 W5 J' p" z

PWR_BackupAccessCmd();//BKP后备区域访问使能7 O$ d0 t/ F5 R# a: m* J0 B6 d
RCC_APB1PeriphClockCmd();//使能PWR和BKP时钟
" o; D" A+ m. |5 R8 P2 |
RCC_LSEConfig();//开启LSE，RTC选择LSE作为时钟源 4 S$ o, x/ B6 Z5 ~/ {
PWR_BackupAccessCmd();//BKP后备区域访问使能
/ X7 F' N& V+ z5 h
uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR);//读BKP寄存器. r% O$ E7 H1 w; L
void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data);//写BKP
- _+ a, ^3 ?. L& A) J

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配置RTC步骤

①使能PWR和BKP时钟：
1 F! A! v) w3 r. J) \! t N6 ^

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);

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② 使能后备寄存器访问:
' `3 ?! r6 r/ i
. m% s0 ~" u5 L6 H, X5 u Y; s

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。7 J( m9 k: |+ r5 |0 {/ x

' z$ w4 n3 M( |! P" {

BKP_DeInit();//复位备份区域

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④ 配置RTC时钟源，使能RTC时钟：
( N& a5 `: k' ^# q3 |) g7 P2 U( C7 Z7 B4 w6 L

RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //选择 LSE 作为 RTC 时钟(RCC_RTCCLKSource_LSI 和 RCC_RTCCLKSource_HSE_Div128)
8 W1 a0 R+ X) A4 c0 U8 G
RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //使能 RTC 时钟

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