一文看懂RTC实时时钟

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。

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。

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。

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。

RCT特征：

可编程的预分频系数：分频系数高为220。

32位的可编程计数器，可用于较长时间段的测量。

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)。

可以选择以下三种RTC的时钟源：

HSE时钟除以128；

LSE振荡器时钟；

LSI振荡器时钟

2个独立的复位类型：

APB1接口由系统复位；

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：

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。

RTC时钟源：

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

HSE振荡器时钟

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。

32.768kHz低速外部晶体也可用来通过程序选择驱动RTC(RTCCLK)。

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 。

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)。

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。

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

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)。

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。

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

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。

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、

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

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’

时，才可以写入RTC寄存器。

RTC时钟源

RTC是一个独立的时钟源

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)

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

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

能对RTC_CRH寄存器进行写操作。

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。

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 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 **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。

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。

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)

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。

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。

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。

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

一般用 BKP 来存储 RTC 的校验值或者记录一些重要的数据，

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。

RTC相关库函数

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

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

RTC中断设置函数：

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

RTC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

RTC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

RTC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);

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

配置RTC步骤

①使能PWR和BKP时钟：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);

1

② 使能后备寄存器访问:

PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使能 RTC 和后备寄存器访问

1

③复位备份区域，开启外部低速振荡器。

BKP_DeInit();//复位备份区域

1

④ 配置RTC时钟源，使能RTC时钟：

RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //选择 LSE 作为 RTC 时钟(RCC_RTCCLKSource_LSI 和 RCC_RTCCLKSource_HSE_Div128)

RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //使能 RTC 时钟

⑤ 设置RTC预分频系数：RTC_SetPrescaler();

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

⑥ 设置时间：RTC_SetCounter();

RTC_EnterConfigMode();/// 允许配置

void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue);

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

⑦开启相关中断(可选):

void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState)；//RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE); //使能 RTC 秒中断

⑧编写中断服务函数：

RTC_IRQHandler();

⑨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 

具体的代码，库函数写的太多了，我会用CubeMx配置下，用HAL库写一个例程，几十行就可以解决RTC。

审核编辑：汤梓红