第二十七章 RTC实时时钟实验
本章，我们将介绍STM32H750的内部实时时钟（RTC）。我们将使用LCD模块来显示日期和时间，实现一个简单的实时时钟，并可以设置闹铃，另外还将介绍BKP的使用。
本章分为如下几个小节：
27.1 RTC时钟简介
27.2 硬件设计
27.3 程序设计
27.4 下载验证
27.1 RTC时钟简介
STM32H750的实时时钟（RTC）相对于STM32F1来说，改进了不少，带了日历功能了。RTC是一个独立的 BCD 定时器/计数器。RTC 提供一个日历时钟（包含年月日时分秒信息）、两个可编程闹钟（ALARM A和ALARM B）中断，以及一个具有中断功能的周期性可编程唤醒标志。RTC 还包含用于管理低功耗模式的自动唤醒单元。
两个32位寄存器（TR和DR）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、日期、月份和年份。此外，还可提供二进制格式的亚秒值。
STM32H750的RTC可以自动将月份的天数补偿为 28、29（闰年）、30 和 31 天。并且还可以进行夏令时补偿。
RTC模块和时钟配置是在后备区域，即在系统复位或从待机模式唤醒后RTC的设置和时间维持不变，只要后备区域供电正常，那么RTC将可以一直运行。但是在系统复位后，会自动禁止访问后备寄存器和RTC，以防止对后备区域(BKP)的意外写操作。所以在要设置时间之前， 先要取消备份区域（BKP）写保护。
27.1.1 RTC框图
下面先来学习RTC框图，通过学习RTC框图会有一个很好的整体掌握，同时对之后的编程也会有一个清晰的思路。RTC的框图，如图27.1.1所示：
图27.1.1 RTC框图
我们把RTC框图分成以下几个部分讲解：
①时钟源
STM32H750的RTC时钟源（RTCCLK）通过时钟控制器，可以从LSE时钟、LSI时钟以及HSE时钟三者中选择其一（通过设置RCC_BDCR寄存器选择）。一般我们选择LSE，即外部32.768Khz晶振作为时钟源(RTCCLK)。外部晶振具有精度高的优点。LSI是STM32芯片内部的低速RC 振荡器，频率约32 kHz，缺点是精度较低，可能会有温漂，所以一般不建议使用。比如当没有外部低速晶振（32.768Khz）的时候，分频后的HSE可以作为备选使用的时钟源。
②预分频器
预分配器（RTC_PRER）分为2个部分：一个通过RTC_PRER寄存器的PREDIV_A位配置的7位异步预分频器。另一个通过RTC_PRER寄存器的PREDIV_S位配置的15位同步预分频器。
经过7位异步预分频器出来的时钟ck_apre可作为RTC_SSR亚秒递减计数器（RTC_SSR）的时钟，ck_apre时钟频率的计算公式如下：
当RTC_SSR寄存器递减到0的时候，会使用PREDIV_S的值重新装载PREDIV_S。而PREDIV_S一般为255，这样，我们得到亚秒时间的精度是：1/256秒，即3.9ms左右，有了这个亚秒寄存器RTC_SSR，就可以得到更加精确的时间数据。
经过15位同步预分频器出来的时钟ck_spre可以用于更新日历，也可以用作16位唤醒自动重载定时器的时基，ck_apre时钟频率的计算公式如下：
PREDIV_A和PREDIV_S分别为RTC的异步和同步分频器，使用两个预分频器时，我们推荐设置7位异步预分频器（PREDIV_A）的值较大，以最大程度降低功耗。例如：本实验我们的外部低速晶振的频率32.768KHZ经过7位异步预分频器后，再经过15位同步预分频器，要得到1HZ频率的时钟用于更新日历。通过计算知道，32.768KHZ的时钟要经过32768分频，才能得到1Hz的ck_spre。于是我们只需要设置：PREDIV_A=0X7F，即128分频；PREDIV_S=0XFF，即256分频，即可得到1Hz的Fck_spre，PREDIV_A的值我们也是往尽量大的原则，以最大程度降低功耗。
③时间和日期相关寄存器
该部分包括三个影子寄存器，RTC_SSR（亚秒）、RTC_TR（时间）、RTC_DR（日期）。实时时钟一般表示为：时/分/秒/亚秒。RTC_TR寄存器用于存储时/分/秒时间数据，可读可写（即可设置或者获取时间）。RTC_DR寄存器用于存储日期数据，包括年/月/日/星期，可读可写（即可设置或者获取日期）。RTC_SSR寄存器用于存储亚秒级的时间，这样我们可以获取更加精确的时间数据。
这三个影子寄存器可以通过与 PCLK4（APB4 时钟）同步的影子寄存器来访问，这些时间和日期寄存器也可以直接访问，这样可避免等待同步的持续时间。
每隔2个RTCCLK周期，当前日历值便会复制到影子寄存器，并置位RTC_ISR寄存器的RSF位。我们可以读取RTC_TR和RTC_DR来得到当前时间和日期信息，不过需要注意的是：时间和日期都是以BCD码的格式存储的，读出来要转换一下，才可以得到十进制的数据。
④可编程闹钟
STM32H750提供两个可编程闹钟：闹钟A（ALARM_A）和闹钟B（ALARM_B）。通过RTC_CR寄存器的ALRAE和ALRBE位置1来使能闹钟。当亚秒、秒、分、小时、日期分别与闹钟寄存器RTC_ALRMASSR/RTC_ALRMAR和RTC_ALRMBSSR/RTC_ALRMBR中的值匹配时，则可以产生闹钟（需要适当配置）。本章我们将利用闹钟A产生闹铃，即设置RTC_ALRMASSR和RTC_ALRMAR即可。
⑤周期性自动唤醒
STM32H750的RTC不带秒钟中断了，但是多了一个周期性自动唤醒功能。周期性唤醒功能，由一个16位可编程自动重载递减计数器（RTC_WUTR）生成，可用于周期性中断/唤醒。
我们可以通过RTC_CR寄存器中的WUTE位设置使能此唤醒功能。
唤醒定时器的时钟输入可以是：2、4、8或16分频的RTC时钟(RTCCLK)，也可以是ck_spre时钟（一般为1Hz）。
当选择RTCCLK(假定LSE是：32.768 kHz)作为输入时钟时，可配置的唤醒中断周期介于 122us（因为RTCCLK/2时，RTC_WUTR不能设置为0）和32 s之间，分辨率最低为：61us。
当选择ck_spre（1Hz）作为输入时钟时，可得到的唤醒时间为 1s到36h左右，分辨率为1 秒。并且这个1s~36h的可编程时间范围分为两部分：
当WUCKSEL[2:1]=10时为：1s到18h。
当WUCKSEL[2:1]=11时约为：18h到36h。
在后一种情况下，会将2^16添加到16位计数器当前值（即扩展到17位，相当于最高位用WUCKSEL [1]代替）。
初始化完成后，定时器开始递减计数。在低功耗模式下使能唤醒功能时，递减计数保持有效。此外，当计数器计数到0时，RTC_ISR寄存器的WUTF标志会置1，并且唤醒寄存器会使用其重载值（RTC_WUTR寄存器值）动重载，之后必须用软件清零WUTF标志。
通过将 RTC_CR寄存器中的WUTIE位置1来使能周期性唤醒中断时，可以使STM32H750退出低功耗模式。系统复位以及低功耗模式（睡眠、停机和待机）对唤醒定时器没有任何影响，它仍然可以正常工作，故唤醒定时器，可以用于周期性唤醒STM32H750。
27.1.2 RTC寄存器
接下来，我们介绍本实验我们要用到的RTC寄存器。
RTC时间寄存器（RTC_TR）
RTC时间寄存器描述如图27.1.2.1所示：
图27.1.2.1 RTC_TR寄存器
该寄存器是RTC的时间寄存器，可读可写，对该寄存器写，可以设置时间，对该寄存器读，可以获取当前的时间，此外该寄存器受到寄存器写保护，通过RTC写保护寄存器(RTC_WPR)设置，后面会讲解到RTC_WPR寄存器。需要注意的是：本寄存器存储的数据都是BCD格式的，读取之后需要进行转换，方可得到十进制的时分秒等数据。
RTC日期寄存器（RTC_DR）
RTC日期寄存器描述如图27.1.2.2所示：
图27.1.2.2 RTC_DR寄存器
该寄存器是RTC的日期寄存器，可读可写，对该寄存器写，可以设置日期，对该寄存器读，可以获取当前的日期，同样该寄存器也受到寄存器写保护，存储的数据也都是BCD格式的。
RTC亚秒寄存器（RTC_SSR）
RTC亚秒寄存器描述如图27.1.2.3所示：
图27.1.2.3 RTC_SSR寄存器
该寄存器可用于获取更加精确的RTC时间。不过，在本章没有用到，如果需要精确时间的地方，大家可以使用该寄存器。
RTC控制寄存器（RTC_CR）
RTC控制寄存器描述如图27.1.2.4所示：
图27.1.2.4 RTC_CR寄存器
该寄存器重点介绍几个要用到的位：WUTIE是唤醒定时器中断使能位，ALRAIE是闹钟A中断使能位，本章用到这两个使能位，都设置为1即可。WUTE和ALRAE分别是唤醒定时器和闹钟A使能位，同样都设置为1，开启。FMT为小时格式选择位，我们设置为0，选择24小时制。WUCKSEL[2:0]，用于唤醒时钟选择，这个前面已经有介绍了，我们这里就不多说了。
RTC初始化和状态寄存器（RTC_ISR）
RTC初始化和状态寄存器描述如图27.1.2.5所示：
图27.1.2.5 RTC_ISR寄存器
该寄存器中，WUTF、ALRBF和ALRAF，分别是唤醒定时器、闹钟B和闹钟A的中断标志位，当对应事件产生时，这些标志位被置1，如果设置了中断，则会进入中断服务函数，这些位通过软件写0清除。
INIT为初始化模式控制位，要初始化RTC时，必须先设置INIT=1。
INITF为初始化标志位，当设置INIT为1以后，要等待INITF为1，才可以更新时间、日期和预分频寄存器等。
RSF位为寄存器同步标志，仅在该位为1时，表示日历影子寄存器已同步，可以正确读取RTC_TR/RTC_TR寄存器的值了。
WUTWF、ALRBWF和ALRAWF分别是唤醒定时器、闹钟B和闹钟A的写标志，只有在这些位为1的时候，才可以更新对应的内容。比如：要设置闹钟A的ALRMAR和ALRMASSR，则必须先等待ALRAWF为1，才可以设置。
RTC预分频寄存器（RTC_PRER）
RTC预分频寄存器描述如图27.1.2.6所示：
图27.1.2.6 RTC_PRER寄存器
该寄存器用于RTC的分频，我们在之前也有讲过，这里就不多说了。该寄存器的配置，必须在初始化模式（INITF=1）下，才可以进行。
RTC唤醒寄存器（RTC_WUTR）
RTC唤醒寄存器描述如图27.1.2.7所示：
图27.1.2.7 RTC_WUTR寄存器
该寄存器用于设置自动唤醒重装载值，可用于设置唤醒周期。该寄存器的配置，必须等待RTC_ISR的WUTWF为1才可以进行。
RTC闹钟A寄存器（RTC_ALRMAR）
RTC闹钟A寄存器描述如图27.1.2.8所示：
图27.1.2.8 RTC_WUTR寄存器
该寄存器用于设置闹铃A，当WDSEL选择1时，使用星期制闹铃，本章我们选择星期制闹铃。该寄存器的配置，必须等待RTC_ISR的ALRAWF为1才可以进行。另外，还有RTC_ALRMASSR寄存器，该寄存器我们这里就不再介绍了，大家参考手册。
RTC写保护寄存器（RTC_WPR）
RTC写保护寄存器：RTC_WPR，该寄存器比较简单，低八位有效。上电后，所有RTC寄存器都受到写保护（RTC_ISR[13:8]、RTC_TAFCR和RTC_BKPxR除外），必须依次写入：0XCA、0X53两关键字到RTC_WPR寄存器，才可以解锁。写一个错误的关键字将再次激活RTC的寄存器写保护。
RTC备份寄存器（RTC_BKPxR）
RTC备份寄存器描述如图27.1.2.9所示：
图27.1.2.9 RTC_BKPxR寄存器
该寄存器组总共有32个，每个寄存器是32位的，可以存储128个字节的用户数据，这些寄存器在备份域中实现，可在VDD电源关闭时通过VBAT保持上电状态。备份寄存器不会在系统复位或电源复位时复位，也不会在MCU从待机模式唤醒时复位。
复位后，对RTC和RTC备份寄存器的写访问被禁止，执行以下操作可以使能对RTC及RTC备份寄存器的写访问：
1）电源控制寄存器(PWR_CR)的DBP位来使能对RTC及RTC备份寄存器的访问。
2）往RTC_WPR写入0XCA、0X53解锁序列（先写0XCA，再写0X53）。
我们可以用BKP来存储一些重要的数据，相当于一个EEPROM，不过这个EEPROM并不是真正的EEPROM，而是需要电池来维持它的数据。
备份区域控制（RCC_BDCR）
备份区域控制寄存器描述如图27.1.2.10所示：
图27.1.2.10 RCC_BDCR寄存器
RTC的时钟源选择及使能设置都是通过这个寄存器来实现的，所以我们在RTC操作之前先要通过这个寄存器选择RTC的时钟源，然后才能开始其他的操作。
27.2 硬件设计
- 例程功能
本实验通过LCD显示RTC时间，并可以通过usmart设置RTC时间，从而调节时间，或设置RTC闹钟，还可以写入或者读取RTC后备区域SRAM。LED1每两秒闪烁一次，表示进入WAKE UP中断。LED0闪烁，提示程序运行。 - 硬件资源
1）RGB灯
RED : LED0 - PB4
GREEN : LED1 - PE6
2）串口1(PA9/PA10连接在板载USB转串口芯片CH340上面)
3）RTC(实时时钟)
4）正点原子2.8/3.5/4.3/7寸TFTLCD模块(仅限MCU屏，16位8080并口驱动) - 原理图
RTC属于STM32H750内部资源，通过软件设置好就可以了。不过RTC不能断电，否则数据就丢失了，我们如果想让时间在断电后还可以继续走，那么必须确保开发板的电池有电。
27.3 程序设计
27.3.1 RTC的HAL库驱动
RTC在HAL库中的驱动代码在stm32h7xx_hal_rtc.c文件（及其头文件）中。下面介绍几个重要的RTC函数，其他没有介绍的请看源码。 - HAL_RTC_Init函数
RTC的初始化函数，其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_Init(RTC_HandleTypeDef *hrtc);
函数描述：
用于初始化RTC。
函数形参：
形参1是RTC_HandleTypeDef结构体类型指针变量，其定义如下：
typedef struct
{
RTC_TypeDef *Instance; /* 寄存器基地址 */
RTC_InitTypeDef Init; /* RTC配置结构体 */
HAL_LockTypeDef Lock; /* RTC锁定对象 */
__IO HAL_RTCStateTypeDef State; /* RTC设备访问状态 */
}RTC_HandleTypeDef;
1）Instance：指向RTC寄存器基地址。
2）Init：是真正的RTC初始化结构体，其结构体类型RTC_InitTypeDef定义如下：
typedef struct
{
uint32_t HourFormat; /* 小时格式 */
uint32_t AsynchPrediv; /* 异步预分频系数 */
uint32_t SynchPrediv; /* 同步预分频系数 */
uint32_t OutPut; /* 选择连接到RTC_ALARM输出的标志 */
uint32_t OutPutRemap; /* 指定RTC输出的映射 */
uint32_t OutPutPolarity; /* 设置RTC_ALARM的输出极性 */
uint32_t OutPutType; /* 设置RTC_ALARM的输出类型为开漏输出还是推挽输出 */
}RTC_InitTypeDef;HourFormat用来设置小时格式，可以是12小时制或者24小时制，这两个选项的宏定义分别为RTC_HOURFORMAT_12和RTC_HOURFORMAT_24。
AsynchPrediv用来设置RTC的异步预分频系数，也就是设置RTC_PRER寄存器的PREDIV_A相关位，因为异步预分频系数是7位，所以最大值为0x7F，不能超过这个值。
SynchPrediv用来设置RTC的同步预分频系数，也就是设置RTC_PRER寄存器的PREDIV_S相关位，因为同步预分频系数也是15位，所以最大值为0x7FFF，不能超过这个值。
OutPut用来选择要连接到RTC_ALARM输出的标志，取值为：RTC_OUTPUT_DISABLE（禁止输出），RTC_OUTPUT_ALARMA（使能闹钟A输出），RTC_OUTPUT_ALARMB（使能闹钟B输出）和RTC_OUTPUT_WAKEUP（使能唤醒输出）。
OutPutRemap用于设置指定RTC输出的映射，即配置RTC_OR寄存器。
OutPutPolarity用来设置RTC_ALARM的输出极性，与Output成员变量配合使用，取值为RTC_OUTPUT_POLARITY_HIGH（高电平）或RTC_OUTPUT_POLARITY_LOW（低电平）。
OutPutType用来设置RTC_ALARM的输出类型为开漏输出（RTC_OUTPUT_TYPE_ OPENDRAIN）还是推挽输出（RTC_OUTPUT_TYPE_PUSHPULL），与成员变量OutPut和OutPutPolarity配合使用。
3）Lock：用于配置锁状态。
4）State：RTC设备访问状态。
函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
2. HAL_RTC_SetTime函数
HAL_RTC_SetTime是设置RTC的时间函数。其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetTime(RTC_HandleTypeDef *hrtc,
RTC_TimeTypeDef *sTime, uint32_t Format);
函数描述：
该函数用于设置RTC的时间，即设置时间寄存器RTC_TR的相关位的值。
函数形参：
形参1是RTC_HandleTypeDef结构体类型指针变量，即RTC的句柄。
形参2是RTC_TimeTypeDef结构体类型指针变量，定义如下：
typedef struct
{
uint8_t Hours;
uint8_t Minutes;
uint8_t Seconds;
uint8_t TimeFormat;
uint32_t SubSeconds;
uint32_t SecondFraction;
uint32_t DayLightSaving;
uint32_t StoreOperation;
}RTC_TimeTypeDef;前面四个成员变量就比较好理解了，分别用来设置RTC时间参数的小时，分钟，秒钟，以及AM/PM符号，大家参考前面讲解的RTC_TR的位描述即可。SubSeconds用来读取保存亚秒寄存器 RTC_SSR的值，SecondFraction用来读取保存同步预分频系数 的值，也就是RTC_PRER的位0~14，DayLightSaving用来设置日历时间增加1小时，减少1小时，还是不变。StoreOperation用户可对此变量设置以记录是否已对夏令时进行更改。
形参3是uint32_t类型变量，用来设置输入的时间格式为BIN格式还是BCD格式，可选值为RTC_FORMAT_BIN或者RTC_FORMAT_BCD。
函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
3. HAL_RTC_SetDate函数
HAL_RTC_SetDate是设置RTC的日期函数。其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetDate(RTC_HandleTypeDef *hrtc,
RTC_DateTypeDef *sDate, uint32_t Format);
函数描述：
该函数用于设置RTC的日期，即设置日期寄存器RTC_DR的相关位的值。
函数形参：
形参1是RTC_HandleTypeDef结构体类型指针变量，即RTC的句柄。
形参2是RTC_DateTypeDef结构体类型指针变量，定义如下：
typedef struct
{
uint8_t WeekDay; /* 星期 */
uint8_t Month; /* 月份 */
uint8_t Date; /* 日期 */
uint8_t Year; /* 年份 */
}RTC_DateTypeDef;结构体一共四个成员变量，这四个成员变量分别对应星期、月份、日期和年份，对应的是RTC_DR寄存器。
形参3是uint32_t类型变量，用来设置输入的时间格式为BIN格式还是BCD格式，可选值为RTC_FORMAT_BIN或者RTC_FORMAT_BCD。
函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
4. HAL_RTC_GetTime函数
HAL_RTC_GetTime是获取当前RTC时间函数。其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetTime(RTC_HandleTypeDef *hrtc,
RTC_TimeTypeDef *sTime, uint32_t Format);
函数描述：
该函数用于获取当前RTC时间，即读时间寄存器RTC_TR的相关位的值。
函数形参：
形参1是RTC_HandleTypeDef结构体类型指针变量，即RTC的句柄。
形参2是RTC_TimeTypeDef结构体类型指针变量，对应的是RTC_TR寄存器。
形参3是uint32_t类型变量，用来设置获取的时间格式为BIN格式还是BCD格式，可选值为RTC_FORMAT_BIN或者RTC_FORMAT_BCD。
函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
5. HAL_RTC_SetDate函数
HAL_RTC_SetDate是获取当前RTC日期函数。其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetDate (RTC_HandleTypeDef *hrtc,
RTC_DateTypeDef *sDate, uint32_t Format);
函数描述：
该函数用于获取当前RTC日期，即读时间寄存器RTC_DR的相关位的值。
函数形参：
形参1是RTC_HandleTypeDef结构体类型指针变量，即RTC的句柄。
形参2是RTC_DateTypeDef结构体类型指针变量，对应的是RTC_DR寄存器。
形参3是uint32_t类型变量，用来设置获取的时间格式为BIN格式还是BCD格式，可选值为RTC_FORMAT_BIN或者RTC_FORMAT_BCD。
函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
6. HAL_RTC_SetAlarm_IT函数
HAL_RTC_SetAlarm_IT是设置闹钟并开启闹钟中断的函数。其声明如下：
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetAlarm_IT(RTC_HandleTypeDef *hrtc,
RTC_AlarmTypeDef *sAlarm, uint32_t Format);
函数描述：
该函数用于设置闹钟并开启闹钟中断。
函数形参：
形参1是RTC_HandleTypeDef结构体类型指针变量，即RTC的句柄。
形参2是RTC_AlarmTypeDef结构体类型指针变量。
形参3是uint32_t类型变量，用来设置获取的时间格式为BIN格式还是BCD格式，可选值为RTC_FORMAT_BIN或者RTC_FORMAT_BCD。
重点介绍RTC_AlarmTypeDef 结构体指针类型，结构体定义如下：
typedef struct
{
RTC_TimeTypeDef AlarmTime;
uint32_t AlarmMask;
uint32_t AlarmSubSecondMask;
uint32_t AlarmDateWeekDaySel;
uint8_t AlarmDateWeekDay;
uint32_t Alarm;
}RTC_AlarmTypeDef;AlarmTime用来设置闹钟时间，是RTC_TimeTypeDef结构体类型，该结构体前面我们已经讲解过各个成员变量含义。
AlarmMask用来设置闹钟时间掩码，也就是在我们第一个参数设置的时间中（包括后面参数RTC_AlarmDateWeekDay设置的星期几/哪一天），哪些是无关的。 比如我们设置闹钟时间为每天的10点10分10秒，那么我们可以选择值RTC_AlarmMask_DateWeekDay，也就是我们不关心是星期几/每月哪一天。这里我们选择为RTC_AlarmMask_None，也就是精确匹配时间，所有的时分秒以及星期几/(或者每月哪一天)都要精确匹配。
AlarmSubSecondMask和AlarmMask作用类似，只不过该变量是用来设置亚秒的。
AlarmDateWeekDaySel用来选择是闹钟是按日期还是按星期。比如我们选择RTC_AlarmDateWeekDaySel_WeekDay那么闹钟就是按星期。如果我们选择RTC_AlarmDateWeekDaySel_Date那么闹钟就是按日期。这与后面第四个参数是有关联的，我们在后面第四个参数讲解。
AlarmDateWeekDay用来设置闹钟的日期或者星期几。比如我们第三个参数RTC_AlarmDateWeekDaySel设置了值为RTC_AlarmDateWeekDaySel_WeekDay，也就是按星期，那么参数RTC_AlarmDateWeekDay的取值范围就为星期一到星期天，也就是RTC_Weekday_Monday到RTC_Weekday_Sunday。如果第三个参数RTC_AlarmDateWeekDaySel设置值为RTC_AlarmDateWeekDaySel_Date，那么它的取值范围就为日期值，0~31。
Alarm用来设置是闹钟A还是闹钟B，这个很好理解。
函数返回值：
HAL_StatusTypeDef枚举类型的值。
RTC配置步骤
1）使能RTC时钟，并使能RTC及RTC后备寄存器写访问
复位后，后备区域存在写保护，RTC属于后备区域，所以我们需要取消后备区域写保护。同时，我们需要使能RTC时钟，通过RCC_APB4ENR寄存器中的RTCAPBEN位设置。而取消后备区域写保护则是通过PWR_CR1寄存器中的DBP位去设置。HAL库设置方法为：
__HAL_RCC_RTC_CLK_ENABLE(); /* 使能RTC时钟 /
HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); / 取消备份区域写保护 */
2）开启外部低速振荡器LSE，选择RTC时钟，并使能
调用HAL_RCC_OscConfig函数配置开启LSE。
调用HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig函数选择RTC时钟源。
使能RTC函数为：__HAL_RCC_RTC_ENABLE。 3）初始化RTC，设置RTC的分频，以及配置RTC参数
在HAL中，通过HAL_RTC_Init函数配置RTC分频系数，以及RTC的工作参数。
注意：该函数会调用：HAL_RTC_MspInit函数来完成对RTC的底层初始化，包括：RTC时钟使能、时钟源选择等。
4）设置RTC的时间
调用HAL_RTC_SetTime函数设置RTC时间，该函数实际设置时间寄存器RTC_TR的相关位的值。
5）设置RTC的日期
调用HAL_RTC_SetDate函数设置RTC的日期，该函数实际设置日期寄存器RTC_DR的相关位的值。
6）获取RTC当前日期和时间
调用HAL_RTC_GetTime函数获取当前RTC时间，该函数实际读取RTC_TR寄存器，然后将值存放到相应的结构体中。
调用HAL_RTC_GetDate函数获取当前RTC日期，该函数实际读取RTC_DR寄存器，然后将值存放到相应的结构体中。
通过以上6个步骤，我们就完成了对RTC的配置，RTC即可正常工作，而且这些操作不是每次上电都必须执行的，可以视情况而定。当然，我们还可以唤醒中断、闹钟等，这些将在后面介绍。
27.3.2 程序流程图
图27.3.2.1 RTC实时时钟实验程序流程图
27.3.3 程序解析
- RTC驱动代码
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。RTC驱动源码包括两个文件：rtc.c和rtc.h。
由于篇幅所限，rtc.c中的代码，我们不全部贴出了，只针对几个重要的函数进行介绍。
rtc.h头文件只有函数的声明，下面我们直接介绍rtc.c的程序，先看RTC的初始化函数，其定义如下：
/**
* @brief RTC初始化
* @note
* 默认尝试使用LSE,当LSE启动失败后,切换为LSI.
* 通过BKP寄存器0的值,可以判断RTC使用的是LSE/LSI:
* 当BKP0==0X5050时,使用的是LSE
* 当BKP0==0X5051时,使用的是LSI
* 注意:切换LSI/LSE将导致时间/日期丢失,切换后需重新设置.
*
* @param 无
* @retval 0,成功
* 1,进入初始化模式失败
*/
uint8_t rtc_init(void)
{
/* 检查是不是第一次配置时钟 */
uint16_t bkpflag = 0;
g_rtc_handle.Instance = RTC;
g_rtc_handle.Init.HourFormat = RTC_HOURFORMAT_24; /* RTC设置为24小时格式 */
g_rtc_handle.Init.AsynchPrediv = 0X7F; /* RTC异步分频系数(1~0X7F) */
g_rtc_handle.Init.SynchPrediv = 0XFF; /* RTC同步分频系数(0~7FFF) */
g_rtc_handle.Init.OutPut = RTC_OUTPUT_DISABLE;
g_rtc_handle.Init.OutPutPolarity = RTC_OUTPUT_POLARITY_HIGH;
g_rtc_handle.Init.OutPutType = RTC_OUTPUT_TYPE_OPENDRAIN;
bkpflag = rtc_read_bkr(0); /* 读取BKP0的值 */
if (HAL_RTC_Init(&g_rtc_handle) != HAL_OK)
{
return 1;
}
if ((bkpflag != 0X5050) && (bkpflag != 0x5051)) /* 之前未初始化过 重新配置 */
{
rtc_set_time(23, 59, 56, RTC_HOURFORMAT12_AM); /* 设置时间*/
rtc_set_date(20, 1, 13, 7); /* 设置日期 */
}
return 0;
}该函数用来初始化RTC配置以及日期和时钟，但是只在第一次的时候设置时间，以后如果重新上电/复位都不会再进行时间设置了（前提是备份电池有电）。在第一次配置的时候，我们是按照上面介绍的RTC初始化步骤调用函数HAL_RTC_Init来实现的。
我们通过读取BKP寄存器0的值来判断是否需要进行时间的设置，对BKP寄存器0的写操作是在HAL_RTC_MspInit回调函数中实现，下面会讲。第一次未对RTC进行初始化BKP寄存器0的值非0x5050非0x5051，当进行RTC初始化时，BKP寄存器0的值就是0x5050或0x5051，所以以上代码操作确保时间只会设置一次，复位时不会重新设置时间。电池正常供电时，我们设置的时间不会因复位或者断电而丢失。
读取后备寄存器的函数其实还是调用HAL库提供的函数接口，写后备寄存器函数同样也是。这两个函数如下：
uint32_t HAL_RTCEx_BKUPRead(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t BackupRegister);
void HAL_RTCEx_BKUPWrite(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t BackupRegister,
uint32_t Data);
这两个函数的使用方法就非常简单，分别用来读和写BKR寄存器的值。这里我们只是略微点到为止，详看例程源码。
这里设置时间和日期，分别是通过rtc_set_time和rtc_set_date函数来实现的，这两个函数实际就是调用库函数里面的HAL_RTC_SetTime函数和HAL_RTC_SetDate函数来实现，这里我们之所以要写两个这样的函数，目的是为了我们的USMART来调用，方便直接通过USMART来设置时间和日期。rtc_set_time和rtc_set_date实现十分简单，这里讲解了，详看源码。
接下来，我们用HAL_RTC_MspInit函数来编写RTC时钟配置等代码，其定义如下：
void HAL_RTC_MspInit(RTC_HandleTypeDef* hrtc)
{
uint16_t retry = 200;
RCC_OscInitTypeDef rcc_osc_init_handle;
RCC_PeriphCLKInitTypeDef rcc_periphclk_init_handle;
__HAL_RCC_RTC_CLK_ENABLE(); /* 使能RTC时钟 */
HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); /* 取消备份区域写保护 */
__HAL_RCC_RTC_ENABLE(); /* 使能RTC */
/* 使用寄存器的方式去检测LSE是否可以正常工作 */
RCC->BDCR |= 1 << 0; /* 开启外部低速振荡器LSE */
while (retry && ((RCC->BDCR & 0X02) == 0)) /* 等待LSE准备好 */
{
retry--;
delay_ms(5);
}
if (retry == 0) /* LSE起振失败，使用LSI */
{ /* 选择要配置的振荡器 */
rcc_osc_init_handle.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSI;
rcc_osc_init_handle.LSEState = RCC_LSI_ON; /* LSI状态：开启 */
rcc_osc_init_handle.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE; /* PLL无配置 */
HAL_RCC_OscConfig(&rcc_osc_init_handle);
/* 选择要配置的外设 RTC */
rcc_periphclk_init_handle.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_RTC;
/* RTC时钟源选择 LSI */
rcc_periphclk_init_handle.RTCClockSelection = RCC_RTCCLKSOURCE_LSI;
HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&rcc_periphclk_init_handle);
rtc_write_bkr(0, 0X5051);
}
else
{
rcc_osc_init_handle.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSE;
rcc_osc_init_handle.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE; /* PLL不配置 */
rcc_osc_init_handle.LSEState = RCC_LSE_ON; /* LSE状态：开启 */
HAL_RCC_OscConfig(&rcc_osc_init_handle);
rcc_periphclk_init_handle.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_RTC;
rcc_periphclk_init_handle.RTCClockSelection = RCC_RTCCLKSOURCE_LSE;
HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&rcc_periphclk_init_handle);
rtc_write_bkr(0, 0X5050);
}
}
接着，我们介绍一下rtc_set_alarma函数，其定义如下：
/**
* @breif 设置闹钟时间(按星期闹铃,24小时制)
* @param week : 星期几(1~7)
* @param hour,min,sec: 小时,分钟,秒钟
* @retval 无
*/
void rtc_set_alarma(uint8_t week, uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec)
{
RTC_AlarmTypeDef rtc_alarm_handle;
rtc_alarm_handle.AlarmTime.Hours = hour; /* 小时 */
rtc_alarm_handle.AlarmTime.Minutes = min; /* 分钟 */
rtc_alarm_handle.AlarmTime.Seconds = sec; /* 秒 */
rtc_alarm_handle.AlarmTime.SubSeconds = 0;
rtc_alarm_handle.AlarmTime.TimeFormat = RTC_HOURFORMAT12_AM;
rtc_alarm_handle.AlarmMask = RTC_ALARMMASK_NONE; /* 精确匹配星期，时分秒 */
rtc_alarm_handle.AlarmSubSecondMask = RTC_ALARMSUBSECONDMASK_NONE;
/* 按星期 */
rtc_alarm_handle.AlarmDateWeekDaySel=RTC_ALARMDATEWEEKDAYSEL_WEEKDAY;
rtc_alarm_handle.AlarmDateWeekDay = week; /* 星期 */
rtc_alarm_handle.Alarm = RTC_ALARM_A; /* 闹钟A */
HAL_RTC_SetAlarm_IT(&g_rtc_handle, &rtc_alarm_handle, RTC_FORMAT_BIN);
HAL_NVIC_SetPriority(RTC_Alarm_IRQn, 1, 2); /* 抢占优先级1,子优先级2 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(RTC_Alarm_IRQn);
}该函数用于设置闹钟A，也就是设置ALRMAR和ALRMASSR寄存器的值，来设置闹钟时间，这里使用HAL库的HAL_RTC_SetAlarm_IT函数来初始化闹钟相关寄存器，前面已经介绍过这个函数，请回顾。调用函数rtc_set_wakeup设置闹钟A的参数之后，最后，开启闹钟A中断（连接在外部中断线17），并设置中断分组。当RTC的时间和闹钟A设置的时间完全匹配时，将产生闹钟中断。
接着，我们介绍一下rtc_set_wakeup函数，该函数代码如下：
/**
* @breif 周期性唤醒定时器设置
* @param wksel
* @arg RTC_WAKEUPCLOCK_RTCCLK_DIV16 ((uint32_t)0x00000000)
* @arg RTC_WAKEUPCLOCK_RTCCLK_DIV8 ((uint32_t)0x00000001)
* @arg RTC_WAKEUPCLOCK_RTCCLK_DIV4 ((uint32_t)0x00000002)
* @arg RTC_WAKEUPCLOCK_RTCCLK_DIV2 ((uint32_t)0x00000003)
* @arg RTC_WAKEUPCLOCK_CK_SPRE_16BITS ((uint32_t)0x00000004)
* @arg RTC_WAKEUPCLOCK_CK_SPRE_17BITS ((uint32_t)0x00000006)
* @note 000,RTC/16;001,RTC/8;010,RTC/4;011,RTC/2;
* @note 注意:RTC就是RTC的时钟频率,即RTCCLK!
* @param cnt: 自动重装载值.减到0,产生中断.
* @retval 无
*/
void rtc_set_wakeup(uint8_t wksel, uint16_t cnt)
{
/* 清除RTC WAKE UP的标志 */
__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_CLEAR_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_WUTF);
HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&g_rtc_handle, cnt, wksel);/* 设置重装载值和时钟 */
HAL_NVIC_SetPriority(RTC_WKUP_IRQn, 2, 2); /* 抢占优先级2,子优先级2 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(RTC_WKUP_IRQn);
}
该函数用于设置RTC周期性唤醒定时器，实现周期性唤醒中断，连接在外部中断线19。该函数调用的是HAL库函数HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT实现的。
有了中断设置函数，就必定有中断服务函数，同时HAL库会开放中断处理回调函数。接下来看这两个中断的中断服务函数和中断处理回调函数，代码如下：
/**
* @breif RTC闹钟中断服务函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void RTC_Alarm_IRQHandler(void)
{
HAL_RTC_AlarmIRQHandler(&g_rtc_handle);
}
/**
* @breif RTC闹钟A中断处理回调函数
* @param hrtc:RTC句柄
* @retval 无
*/
void HAL_RTC_AlarmAEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
{
printf("ALARM A!\r\n");
}
/**
* @breif RTC WAKE UP中断服务函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void RTC_WKUP_IRQHandler(void)
{
HAL_RTCEx_WakeUpTimerIRQHandler(&g_rtc_handle);
}
/**
* @breif RTC WAKE UP中断处理处理回调函数
* @param hrtc:RTC句柄
* @retval 无
*/
void HAL_RTCEx_WakeUpTimerEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
{
LED1_TOGGLE();
}
其中，RTC_Alarm_IRQHandler函数用于闹钟中断，其中断控制逻辑写在中断回调函数HAL_RTC_AlarmAEventCallback中，每当闹钟A闹铃时，会从串口打印一个字符串“ALARM A!”。RTC_WKUP_IRQHandler函数用于RTC自动唤醒定时器中断, 其中断控制逻辑写在中断回调函数HAL_RTCEx_WakeUpTimerEventCallback中，可以通过观察LED1的状态来查看RTC自动唤醒中断的情况。
rtc.c的其他程序，这里就不再介绍了，请大家直接看源码。
2. main.c代码
在main.c里面编写如下代码：
int main(void)
{
uint8_t hour, min, sec, ampm;
uint8_t year, month, date, week;
uint8_t tbuf[40];
uint8_t t = 0;
sys_cache_enable(); /* 打开L1-Cache */
HAL_Init(); /* 初始化HAL库 */
sys_stm32_clock_init(240, 2, 2, 4); /* 设置时钟, 480Mhz */
delay_init(480); /* 延时初始化 */
usart_init(115200); /* 串口初始化为115200 */
usmart_dev.init(240); /* 初始化USMART */
led_init(); /* 初始化LED */
mpu_memory_protection(); /* 保护相关存储区域 */
lcd_init(); /* 初始化LCD */
rtc_init(); /* 初始化RTC */
/* 配置WAKE UP中断,1秒钟中断一次 */
rtc_set_wakeup(RTC_WAKEUPCLOCK_CK_SPRE_16BITS, 0);
lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "RTC TEST", RED);
lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
while (1)
{
t++;
if ((t % 10) == 0) /* 每100ms更新一次显示数据 */
{
rtc_get_time(&hour, &min, &sec, &m);
sprintf((char *)tbuf, "Time:%02d:%02d:%02d", hour, min, sec);
lcd_show_string(30, 140, 210, 16, 16, (char*)tbuf, RED);
rtc_get_date(&year, &month, &date, &week);
sprintf((char *)tbuf, "Date:20%02d-%02d-%02d", year, month, date);
lcd_show_string(30, 160, 210, 16, 16, (char*)tbuf, RED);
sprintf((char *)tbuf, "Week:%d", week);
lcd_show_string(30, 180, 210, 16, 16, (char*)tbuf, RED);
}
if ((t % 20) == 0)
{
LED0_TOGGLE(); /* 每200ms,翻转一次LED0 */
}
delay_ms(10);
}
}我们通过RTC_Set_WakeUp(RTC_WAKEUPCLOCK_CK_SPRE_16BITS,0)设置RTC周期性自动唤醒周期为1秒钟。然后，在无限循环中每100ms读取RTC的时间和日期（一次），并显示在LCD上面。每200ms，翻转一次LED0。
为方便RTC相关函数的调用验证，在usmart_config.c里面，修改了usmart_nametab如下：
/* 函数名列表初始化(用户自己添加)
- 用户直接在这里输入要执行的函数名及其查找串
*/
struct _m_usmart_nametab usmart_nametab[] =
{
#if USMART_USE_WRFUNS == 1 /* 如果使能了读写操作 */
(void *)read_addr, "uint32_t read_addr(uint32_t addr)",
(void *)write_addr, "void write_addr(uint32_t addr,uint32_t val)",
#endif
(void *)delay_ms, "void delay_ms(uint16_t nms)",
(void *)delay_us, "void delay_us(uint32_t nus)",
(void *)rtc_read_bkr, "uint32_t rtc_read_bkr(uint32_t bkrx)",
(void *)rtc_write_bkr, "void rtc_write_bkr(uint32_t bkrx, uint32_t data)",
(void *)rtc_set_time, "uint8_t rtc_set_time(uint8_t hour, uint8_t min,
uint8_t sec, uint8_t ampm)",
(void *)rtc_set_date, "uint8_t rtc_set_date(uint8_t year, uint8_t month,
uint8_t date, uint8_t week)",
(void *)rtc_set_wakeup, "void rtc_set_wakeup(uint8_t wksel, uint16_t cnt)",
(void *)rtc_get_week, "uint8_t rtc_get_week(uint16_t year, uint8_t month,
uint8_t day)",
(void *)rtc_set_alarma, "void rtc_set_alarma(uint8_t week, uint8_t hour,
uint8_t min, uint8_t sec)",
};将RTC的一些相关函数加入了usmart，这样通过串口就可以直接设置RTC时间、日期、闹钟A和周期性唤醒等操作。 至此，RTC实时时钟的软件设计就完成了，接下来就让我们来检验一下，我们的程序是否正确。
27.4 下载验证
将程序下载到开发板后，可以看到LED0不停的闪烁，提示程序已经在运行了，同时LED1每两秒闪烁一次，说明周期性唤醒中断工作正常。然后，可以看到LCD模块开始显示时间，实际显示效果如图27.4.1所示：
图27.4.1 RTC实验测试图
如果时间和日期不正确，可以利用上一章介绍的usmart工具，通过串口来设置，并且可以设置闹钟时间等，如图27.4.2所示：
图27.4.2 通过USMART设置时间和日期并测试闹钟A
按照图中编号6、7、8顺序，设置闹钟A、设置日期、设置时间。然后等待我们设置的时间到来后，串口打印ALARM A!这个字符串，证明我们的闹钟A程序正常运行了！
