第十九章 RTC 实时时钟实验
前面我们介绍了两款液晶模块，这一章我们将介绍 STM32F4 的内部实时时钟（RTC）。在本章中，我们将使用数码管来显示日期和时间，实现一个简单的时钟，并可以设置闹铃。另外，本章将顺带向大家介绍 BKP 的使用。本章分为如下几个部分：
19.1 STM32F4 RTC 时钟简介
19.2 硬件设计
19.3 软件设计
19.4 下载验证
19.1 STM32F4 RTC 时钟简介
STM32F4 的实时时钟（RTC）相对于 STM32F1 来说，改进了不少，带了日历功能了，STM32F4 的 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。
STM32F4 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。RTC 的简化框图，如图 19.1.1 所示：
图 19.1.1 RTC 框图
本章我们用到 RTC 时钟和日历，并且用到闹钟功能。接下来简单介绍下 STM32F4 RTC 时
钟的使用。
1，时钟和分频
首先，我们看 STM32F4 的 RTC 时钟分频。STM32F4 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（通过 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)，而 RTC 时钟核心，要求提
供 1Hz 的时钟，所以，我们要设置 RTC 的可编程预分配器。STM32F4 的可编程预分配器
（RTC_PRER）分为 2 个部分：
1， 一个通过 RTC_PRER 寄存器的 PREDIV_A 位配置的 7 位异步预分频器。
2， 一个通过 RTC_PRER 寄存器的 PREDIV_S 位配置的 15 位同步预分频器。
图 19.1.1 中，ck_spre 的时钟可由如下计算公式计算：
Fck_spre=Frtcclk/[(PREDIV_S+1)( PREDIV_A+1)]
其中，Fck_spre 即可用于更新日历时间等信息。PREDIV_A 和 PREDIV_S 为 RTC 的异步
和同步分频器。且推荐设置 7 位异步预分频器（PREDIV_A）的值较大，以最大程度降低功耗。
要设置为 32768 分频，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。
另外，图 20.1.1 中，ck_apre 可作为 RTC 亚秒递减计数器（RTC_SSR）的时钟，Fck_apre
的计算公式如下：
Fck_apre=Frtcclk/( PREDIV_A+1)
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。
2，日历时间（RTC_TR）和日期（RTC_DR）寄存器
STM32F4 的 RTC 日历时间（RTC_TR）和日期（RTC_DR）寄存器，用于存储时间和日期
（也可以用于设置时间和日期），可以通过与 PCLK1（APB1 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。
3，可编程闹钟
STM32F4 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 来使能可编程闹钟功能。当日历的亚秒、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。
4，周期性自动唤醒
STM32F4 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 STM32F4
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 STM32F4。
接下来，我们看看本章我们要用到的 RTC 部分寄存器，首先是 RTC 时间寄存器：RTC_TR，
该寄存器各位描述如图 19.1.2 所示：
图 19.1.2 RTC_TR 寄存器各位描述
这个寄存器比较简单，注意数据保存时 BCD 格式的，读取之后需要稍加转换，才是十进
制的时分秒等数据，在初始化模式下，对该寄存器进行写操作，可以设置时间。
然后看 RTC 日期寄存器：RTC_DR，该寄存器各位描述如图 19.1.3 所示：
图 19.1.3 RTC_DR 寄存器各位描述
同样，该寄存器的的数据采用 BCD 码格式（如不熟悉 BCD，百度即可），其他的就比较
简单了。同样，在初始化模式下，对该寄存器进行写操作，可以设置日期。
接下来，看 RTC 亚秒寄存器：RTC_SSR，该寄存器各位描述如图：19.1.4 所示：
图 19.1.4 RTC_SSR 寄存器各位描述
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。
接下来看 RTC 控制寄存器：RTC_CR，该寄存器各位描述如图 19.1.5 所示：
图 19.1.5 RTC_CR 寄存器各位描述
该寄存器我们不详细介绍每个位了，重点介绍几个要用到的：WUTIE，ALRAIE 是唤醒定
时器中断和闹钟 A 中断使能位，本章要用到，设置为 1 即可。WUTE 和 ALRAE，则是唤醒定
时器和闹钟 A 定时器使能位，同样设置为 1，开启。FMT 为小时格式选择位，我们设置为 0，
选择 24 小时制。最后 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_CR 寄存器的详细介绍，请看《STM32F411xC/E 参考手册》第 17.6.3 节。
接下来看 RTC 初始化和状态寄存器：RTC_ISR，该寄存器各位描述如图 19.1.6 所示：
图 19.1.6 RTC_ISR 寄存器各位描述
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。
接下来看 RTC 预分频寄存器：RTC_PRER，该寄存器各位描述如图 19.1.7 所示：
图 19.1.7 RTC_PRER 寄存器各位描述
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。
接下来看 RTC 唤醒定时器寄存器：RTC_WUTR，该寄存器各位描述如图 19.1.8 所示：
图 19.1.8 RTC_WUTR 寄存器各位描述
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。
接下来看 RTC 闹钟 A 器寄存器：RTC_ALRMAR，该寄存器各位描述如图 19.1.9 所示：
图 19.1.9 RTC_ ALRMAR 寄存器各位描述
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《STM32F4xx 中文数据
手册》第 23.6.19 节。
接下来看 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。
接下来，我们介绍下 RTC 备份寄存器：RTC_BKPxR，该寄存器组总共有 20 个，每个寄
存器是 32 位的，可以存储 80 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）通过设置寄存器 RCC_APB1ENR 的 PWREN 位来打开电源接口时钟
2）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。
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。
最后，我们还要介绍一下备份区域控制寄存器 RCC_BDCR。该寄存器的个位描述如图 19.1.10
所示：
图 19.1.10 RCC_ BDCR 寄存器各位描述
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。
RTC 寄存器介绍就给大家介绍到这里了，我们下面来看看要经过哪几个步骤的配置才能使
RTC 正常工作。接下来我们来看看通过 HAL 库配置 RTC 一般配置步骤。RTC 相关的 HAL 库
文件为 stm32f4xx_hal_rtc.c 以及头文件 stm32f4xx_hal_rtc.h 中：
1）使能电源时钟和备份区域时钟。
前面已经介绍了，我们要访问 RTC 和备份区域就必须先使能电源时钟，然后使能 RTC 后
备区域访问。电源时钟使能，通过 RCC_APB1ENR 寄存器来设置；RTC 及 RTC 备份寄存器的
写访问，通过 PWR_CR 寄存器的 DBP 位设置。HAL 库设置方法为：
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();//使能电源时钟 PWR
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。
配置开启 LSE 的函数为 HAL_RCC_OscConfig，使用方法为：
RCC_OscInitStruct.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_LSE;//LSE 配置
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState=RCC_PLL_NONE;
RCC_OscInitStruct.LSEState=RCC_LSE_ON; //RTC 使用 LSE
HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);
选择 RTC 时钟源函数为 HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig，使用方法：
PeriphClkInitStruct.PeriphClockSelection=RCC_PERIPHCLK_RTC;//外设为 RTC
PeriphClkInitStruct.RTCClockSelection=RCC_RTCCLKSOURCE_LSE;//RTC时钟源为LSE
HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInitStruct);
使能 RTC 时钟方法为：
__HAL_RCC_RTC_ENABLE();//RTC 时钟使能
3） 初始化 RTC，设置 RTC 的分频，以及配置 RTC 参数。
在 HAL 中，初始化 RTC 是通过函数 HAL_RTC_Init 实现的，该函数声明为：
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_Init(RTC_HandleTypeDef hrtc);
同样按照以前的方式，我们来看看 RTC 初始化参数结构体 RTC_HandleTypeDef 定义：
typedef struct
{
RTC_TypeDef
Instance;
RTC_InitTypeDef
Init;
HAL_LockTypeDef
Lock;
__IO HAL_RTCStateTypeDef
State;
}RTC_HandleTypeDef;
这里我们着重讲解成员变量 Init 含义，因为它是真正的 RTC 初始化变量，它是 RTC_Init
TypeDef 结构体类型，结构体 RTC_InitTypeDef 定义为：
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 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;
该结构体有 6 个成员变量。
成 员 变 量 HourFormat 用 来 设 置小 时 格 式 ， 为 12 小 时 制 或者 24 小 时 制 ，取 值 为
RTC_HOURFORMAT_12 或者 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）。
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。
接下来我们看看 RTC 初始化的一般格式：
RTC_Handler.Instance=RTC;
RTC_Handler.Init.HourFormat=RTC_HOURFORMAT_24;//RTC 设置为 24 小时格式
RTC_Handler.Init.AsynchPrediv=0X7F;
//RTC 异步分频系数(1~0X7F)
RTC_Handler.Init.SynchPrediv=0XFF;
//RTC 同步分频系数(0~7FFF)
RTC_Handler.Init.OutPut=RTC_OUTPUT_DISABLE;
RTC_Handler.Init.OutPutPolarity=RTC_OUTPUT_POLARITY_HIGH;
RTC_Handler.Init.OutPutType=RTC_OUTPUT_TYPE_OPENDRAIN;
HAL_RTC_Init(&RTC_Handler);
同样，HAL 库也提供了 RTC 初始化 MSP 函数。函数声明为：
void HAL_RTC_MspInit(RTC_HandleTypeDef hrtc);
该函数内部一般存放时钟使能，时钟源选择等操作程序。
4） 设置 RTC 的时间：
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetTime(RTC_HandleTypeDef hrtc,
RTC_TimeTypeDef sTime, uint32_t Format);
实际上，根据我们前面寄存器的讲解，RTC_SetTime 函数是用来设置时间寄存器 RTC_TR
的相关位的值。
RTC_SetTime 函数的第三个参数 Format，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 和 RTC_FORMAT_BCD。
我们接下来看看第二个初始化参数结构体 RTC_TimeTypeDef 的定义：
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_SSE 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
用户对此变量设置以记录是否已对夏令时进行更改。HAL_RTC_SetTime 函数参考实例如下：
RTC_TimeTypeDef RTC_TimeStructure;
RTC_TimeStructure.Hours=1;
RTC_TimeStructure.Minutes=1;
RTC_TimeStructure.Seconds=1;
RTC_TimeStructure.TimeFormat= RTC_HOURFORMAT12_PM;
RTC_TimeStructure.DayLightSaving=RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
RTC_TimeStructure.StoreOperation=RTC_STOREOPERATION_RESET;
HAL_RTC_SetTime(&RTC_Handler,&RTC_TimeStructure,RTC_FORMAT_BIN);
5 ) 设置 RTC 的日期。
设置 RTC 的日期函数为：
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetDate(RTC_HandleTypeDef hrtc,
RTC_DateTypeDef sDate, uint32_t Format);
实际上，根据我们前面寄存器的讲解，HAL_RTC_SetDate 设置日期函数是用来设置日期寄
存器 RTC_DR 的相关位的值。
该 函 数 有 三 个 入 口 参 数 ， 我 们 着 重 讲 解 第 二 个 入 口 参 数 sDate ， 它 是 结 构 体
RTC_DateTypeDef 结构体类型变量，结构体 RTC_DateTypeDef 定义如下：
typedef struct
{
uint8_t WeekDay; //星期几
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，这四个成员变量非常好理解，分别用来设置 RTC_DR 寄存器相
关设置位，这里我们就不做过多讲解。
6）获取 RTC 当前日期和时间：
获取当前 RTC 时间的函数为：
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetTime(RTC_HandleTypeDef hrtc,
RTC_TimeTypeDef sTime, uint32_t Format);
获取当前 RTC 日期的函数为：
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetDate(RTC_HandleTypeDef hrtc,
RTC_DateTypeDef sDate, uint32_t Format);
这两个函数非常简单，实际就是读取RTC_TR寄存器和RTC_DR寄存器的时间和日期的值，
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，我们还需要设置时间、日期、秒中断、闹
钟等，这些将在后面介绍。
19.2 硬件设计
本实验用到的硬件资源有：
1) 指示灯 DS0
2) 串口
3) 数码管
4) RTC
前面 3 个都介绍过了，而 RTC 属于 STM32F4 内部资源，其配置也是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（ALIENTEK NANO STM32F4 开发板标配是有电池的）。
19.3 软件设计
同样，打开我们光盘的 RTC 时钟实验，可以看到，我们的工程中加入了 rtc.c 源文件和 rtc.h
头文件，同时，引入了 stm32f4xx_hal_rtc.c 和 stm32f4xx_hal_rtc_ex.c 库文件。
由于篇幅所限，rtc.c 中的代码，我们不全部贴出了，这里针对几个重要的函数，进行简要
说明，首先是 RTC_Init，其代码如下：
//RTC 初始化
//返回值:0,初始化成功;
//
2,进入初始化模式失败;
u8 RTC_Init(void)
{
RTC_Handler.Instance=RTC;
RTC_Handler.Init.HourFormat=RTC_HOURFORMAT_24;//RTC 设置为 24 小时格式
RTC_Handler.Init.AsynchPrediv=0X7F;
//RTC 异步分频系数(1~0X7F)
RTC_Handler.Init.SynchPrediv=0XFF;
//RTC 同步分频系数(0~7FFF)
RTC_Handler.Init.OutPut=RTC_OUTPUT_DISABLE;
RTC_Handler.Init.OutPutPolarity=RTC_OUTPUT_POLARITY_HIGH;
RTC_Handler.Init.OutPutType=RTC_OUTPUT_TYPE_OPENDRAIN;
if(HAL_RTC_Init(&RTC_Handler)!=HAL_OK) return 2;
if(HAL_RTCEx_BKUPRead(&RTC_Handler,RTC_BKP_DR0)!=0X5050)
//是否第一次配置
{
RTC_Set_Time(23,59,56,RTC_HOURFORMAT12_PM);
//设置时间 ,根据实际时间修改
RTC_Set_Date(15,12,27,7);
//设置日期
HAL_RTCEx_BKUPWrite(&RTC_Handler,RTC_BKP_DR0,0X5050);
//标记已经初始化过了
}
return 0;
}
该函数用来初始化 RTC 配置以及日期时钟，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，这里这里就不在多说
了。
这里我们设置时间和日期，分别是通过 RTC_Set_Time 和 RTC_Set_Data 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_SetData 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。
这里默认将时间设置为 15 年 12 月 27 日星期天，23 点 59 分 56 秒。在设置好时间之后，
我们调用函数 HAL_RTCEx_BKUPWrite 向 RTC 的 BKP 寄存器（地址 0）写入标志字 0X5050，
用 于 标 记 时 间 已 经 被 设 置 了 。 这 样 ， 再 次 发 生 复 位 的 时 候 ， 该 函 数 通 过 调 用 函 数
HAL_RTCEx_BKUPRead 判断 RTC 对应 BKR 地址的值，来决定是不是需要重新设置时间，如
果不需要设置，则调过时间设置，这样不会重复设置时间，使得我们设置的时间不会因复位或
者断电而丢失。
这里我们来看看读备份区域和写备份区域寄存器的两个函数为：
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。
接着，我们介绍一下 RTC_Set_AlarmA 函数，该函数代码如下：
//设置闹钟时间(按星期闹铃,24 小时制)
//week:星期几(1~7) @ref RTC_WeekDay_Definitions
//hour,min,sec:小时,分钟,秒钟
void RTC_Set_AlarmA(u8 week,u8 hour,u8 min,u8 sec)
{
RTC_AlarmTypeDef RTC_AlarmSturuct;
RTC_AlarmSturuct.AlarmTime.Hours=hour;
//小时
RTC_AlarmSturuct.AlarmTime.Minutes=min;
//分钟
RTC_AlarmSturuct.AlarmTime.Seconds=sec;
//秒
RTC_AlarmSturuct.AlarmTime.SubSeconds=0;
RTC_AlarmSturuct.AlarmTime.TimeFormat=RTC_HOURFORMAT12_AM;
RTC_AlarmSturuct.AlarmMask=RTC_ALARMMASK_NONE;//精确匹配星期，时分秒
RTC_AlarmSturuct.AlarmSubSecondMask=RTC_ALARMSUBSECONDMASK_NONE;
RTC_AlarmSturuct.AlarmDateWeekDaySel=
RTC_ALARMDATEWEEKDAYSEL_WEEKDAY;//按星期
RTC_AlarmSturuct.AlarmDateWeekDay=week; //星期
RTC_AlarmSturuct.Alarm=RTC_ALARM_A; //闹钟 A
HAL_RTC_SetAlarm_IT(&RTC_Handler,&RTC_AlarmSturuct,RTC_FORMAT_BIN);
HAL_NVIC_SetPriority(RTC_Alarm_IRQn,0x01,0x02); //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 HAL 库中用来设置闹钟并开启中断的函数为：
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetAlarm_IT(RTC_HandleTypeDef hrtc,
RTC_AlarmTypeDef sAlarm, uint32_t Format);
第三个参数 RTC_Format 用来设置格式，这里前面我们讲解过，就不做过多讲解。
接下来我们着重看看第二个参数 sAlarm，该入口参数是 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;
该 结 构 体 有 6 个 成 员 变 量 ， 第 一 个 成 员 变 量 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，这里我们就
不做过多讲解。
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_AlarmDatteWeekDay 设置的星期几/哪一天），那些是无关的。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
不关系是星期几/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_AlarmDataWeekDaySel_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_AlarmWeekDaySel 设置了值为 RTC_AlarmDateWeekDaySel_WeekDay，也就是按星期，那
么 参 数 RTC_AlarmDateWeekDay 的 数 值 范 围 就 为 星 期 一 ~ 星 期 天 ， 也 就 是
RTC_Weekday_Monday~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 用来设置闹钟 A 还是闹钟 B，这个很好理解。
调用函数 RTC_SetAlarm 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：
void RTC_Set_WakeUp(u32 wksel,u16 cnt)
{
__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_CLEAR_FLAG(&RTC_Handler,
RTC_FLAG_WUTF);//清除 RTC WAKE UP 的标志
HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT(&RTC_Handler,cnt,wksel); //设置重装载值和时钟
HAL_NVIC_SetPriority(RTC_WKUP_IRQn,0x02,0x02); //抢占优先级 1,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，连接外部中断线 22。该
函数调用的是 HAL 库函数 HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer_IT 实现的，该函数使用方法比较简
单，这里我们就不做过多讲解。
有了中断设置函数，就必定有中断服务函数，同时因为 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：
//RTC 闹钟中断服务函数
void RTC_Alarm_IRQHandler(void)
{
HAL_RTC_AlarmIRQHandler(&RTC_Handler);
}
//RTC WAKE UP 中断服务函数
void RTC_WKUP_IRQHandler(void)
{
HAL_RTCEx_WakeUpTimerIRQHandler(&RTC_Handler);
}
//RTC 闹钟 A 中断处理回调函数
void HAL_RTC_AlarmAEventCallback(RTC_HandleTypeDef hrtc)
{
printf("ALARM A!\r\n");
}
//RTC WAKE UP 中断处理回调函数
void HAL_RTCEx_WakeUpTimerEventCallback(RTC_HandleTypeDef hrtc)
{
LED1=!LED1;
}
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 是 ， 会 从 串 口 打 印 一 个 字 符 串
“ALARMA！
”。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，请大家直接看光盘的源码。rtc.h 头文件中主要是一
些函数声明，我们就不多说了，有些函数在这里没有介绍，请大家参考本例程源码。
最后我们看看 main 函数源码如下：
// 共阴数字数组
// 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F, .,全灭
u8 smg_num[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6,
0xee,0x3e,0x9c,0x7a,0x9e,0x8e,0x01,0x00};
RTC_TimeTypeDef RTC_TimeStruct;
RTC_DateTypeDef RTC_DateStruct;
int main(void)
{
HAL_Init();
//初始化 HAL 库
Stm32_Clock_Init(96,4,2,4);
//设置时钟,96Mhz
delay_init(96);
//初始化延时函数
uart_init(115200);
//初始化串口 115200
LED_Init();
//初始化 LED
LED_SMG_Init();
//数码管初始化
TIM3_Init(20-1,9600-1);
//数码管 2ms 定时显示
usmart_dev.init(96);
//初始化 USMART
while(RTC_Init()) //RTC 初始化，一定要初始化成功
{
printf("RTC ERROR!\r\n");
delay_ms(800);
printf("RTC Trying...\r\n");
}
RTC_Set_WakeUp(RTC_WAKEUPCLOCK_CK_SPRE_16BITS,0);
//配置 WAKE UP 中断,1 秒钟中断一次
while(1)
{
}
}
u8 smg_wei=0;//数码管位选
u8 num=0;//数码管数值
u8 time=0;//时间值
//回调函数，定时器中断服务函数调用
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef htim)
{
if(htim==(&TIM3_Handler))
{
HAL_RTC_GetTime(&RTC_Handler,&RTC_TimeStruct,RTC_FORMAT_BIN);
HAL_RTC_GetDate(&RTC_Handler,&RTC_DateStruct,RTC_FORMAT_BIN);
switch(smg_wei)
{
case 0: num = smg_num[RTC_TimeStruct.Hours/10]; break;//时
case 1: num = smg_num[RTC_TimeStruct.Hours%10]; break;
case 2:
case 5: num = 0x02; break;
case 3: num = smg_num[RTC_TimeStruct.Minutes/10]; break; //分
case 4: num = smg_num[RTC_TimeStruct.Minutes%10]; break;
case 6: num = smg_num[RTC_TimeStruct.Seconds/10]; break; //秒
case 7: num = smg_num[RTC_TimeStruct.Seconds%10]; break;
}
if(time!=RTC_TimeStruct.Seconds)//LED0 每秒闪烁
{
time=RTC_TimeStruct.Seconds;
LED0=!LED0;
}
LED_Write_Data(num,smg_wei);//写数据到数码管
LED_Refresh();//更新显示
smg_wei++;
if(smg_wei==8) smg_wei=0;
}
}
这 main.c 文件中，在包含了 rtc.h 之后，先对用到的外设初始化，由于数码管是使用动态扫
描显示的，我们开启了定时器 3 以 2ms 中断周期动态刷新显示，在定时器 3 中断更新时间的显
示，同时我们设置了 LED0 每 1 秒钟闪烁一次，用来提示程序已经开始跑了。由于数码管的显
示位数限制，这里我们只显示时分秒。
为了方便设置时间，我们在 usmart_config.c 里面，修改 usmart_nametab 如下：
struct _m_usmart_nametab usmart_nametab[]=
{
#if USMART_USE_WRFUNS==1
//如果使能了读写操作
(void)read_addr,"u32 read_addr(u32 addr)",
(void)write_addr,"void write_addr(u32 addr,u32 val)",
#endif
(void)delay_ms,"void delay_ms(u16 nms)",
(void)delay_us,"void delay_us(u32 nus)",
(void)RTC_Set_Time,"u8 RTC_Set_Time(u8 hour,u8 min,u8 sec,u8 ampm)",
(void)RTC_Set_Date,"u8 RTC_Set_Date(u8 year,u8 month,u8 date,u8 week)",
(void)RTC_Set_AlarmA,"void RTC_Set_AlarmA(u8 week,u8 hour,u8 min,u8 sec)",
(void)RTC_Set_WakeUp,"void RTC_Set_WakeUp(u8 wksel,u16 cnt)",
};
将 RTC_Set 加入了 usmart，这样通过串口就可以直接设置 RTC 时间了。
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
正确了。
19.4 下载验证
将程序下载到 NANO STM32F4 后，可以看到 DS0 不停的闪烁，提示程序已经在运行了。
同时可以看到数码管开始显示时间，实际显示效果如图 19.4.1 所示：
图 19.4.1 RTC 实验效果图
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 19.4.2 所示：
图 19.4.2 通过 USMART 设置时间和日期并测试闹钟 A
可以看到，设置闹钟 A 后，串口返回了 ALARM A!字符串，说明我们的闹钟 A 代码正常
运行了！
