萬年歷實驗

本小節講解的是如何利用RTC外設實現萬年歷功能，本實驗工程與RTC底層驅動相關的文件為bsp_rtc.c/h，在底層驅動之上我們添加了bsp_calendar.c/h和bsp_date.c/h文件，用于萬年歷的計算。

程序設計要點

（1）初始化RTC外設；

（2）設置時間以及添加配置標志；

（3）獲取當前時間；

代碼分析

1、RTC實驗配置相關宏定義

在這個RTC實驗中的bsp_rtc.h文件中添加了一些宏定義用于切換工程的配置。本實驗默認使用LSI內部時鐘，使用內部時鐘時，即使安裝了鈕扣電池，主電源掉電后時間是不會繼續走的，只會保留上次斷電的時間。若要持續運行，需要切換成使用LSE外部時鐘。

#define RTC_CLOCK_SOURCE_LSI //使用LS內部時鐘

#define RTC_BKP_DRX BKP_DR1

#define RTC_BKP_DATA 0xA5A5//寫入到備份寄存器的數據宏定義

#define TIME_ZOOM (8*60*60)//北京時間的時區秒數差

RTC_BKP_DRX和RTC_BKP_DATA：這兩個宏用于在備份域寄存器設置RTC已配置標志，本實驗中初始化RTC后，向備份域寄存器寫入一個數字，若下次芯片上電檢測到該標志，說明RTC之前已經配置好時間，所以不應該再設置RTC，而如果備份域電源也掉電，備份域內記錄的該標志也會丟失，所以芯片上電后需要重新設置時間。這兩個宏的值中，BKP_DR1是備份域的其中一個寄存器，而0xA5A5則是隨意選擇的數字，只要寫入和檢測一致即可。

TIME_ZOOM：這個宏用于設置時區的秒數偏移，例如北京時間為(GMT+8)時區，即相對于格林威治時間(GMT)早8個小時，此處使用的宏值即為8個小時的秒數（8*60*60），若使用其它時區，修改該宏即可。

2、初始化RTC

在本工程中，我們編寫了RTC_Configuration函數對RTC進行初始化。這個初始化的流程如下：使用RCC_APB1PeriphClockCmd使能PWR和BKP區域（即備份域）的時鐘系統，使用PWR_BackupAccessCmd設置允許對BKP區域的訪問，使能LSI時鐘，選擇LSI作為RTC的時鐘源并使能RTC時鐘，利用庫函數RTC_WaitForSynchro對備份域和APB進行同步，用RTC_ITConfig使能秒中斷，使用RTC_SetPrescaler分頻配置把RTC時鐘頻率設置為1Hz，那么RTC每個時鐘周期都會產生一次中斷。經過這樣的配置后，RTC每秒產生一次中斷事件，實驗中在中斷設置標志位以便更新時間。

/*

* 函數名：RTC_Configuration

* 描述 ：配置RTC

* 輸入 ：無

* 輸出 ：無

*/

void RTC_Configuration(void)

{

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);//使能PWR和Backup時鐘

PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);//允許訪問 Backup 區域

BKP_DeInit();//復位 Backup 區域

RCC_LSICmd(ENABLE);//使能 LSI

while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) == RESET); //等待 LSI 準備好

RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);//選擇 LSI 作為 RTC 時鐘源

RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);//使能 RTC 時鐘

RTC_WaitForSynchro();//因為RTC時鐘是低速的，內環時鐘是高速的，所以要等待 RTC 寄存器同步

RTC_WaitForLastTask();//確保上一次 RTC 的操作完成

RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE);//使能 RTC 秒中斷

RTC_WaitForLastTask();//確保上一次 RTC 的操作完成

/* 設置 RTC 分頻: 使 RTC 周期為1s ,LSI約為40KHz */

RTC_SetPrescaler(40000-1); //RTC period = RTCCLK/RTC_PR = (40 KHz)/(40000-1+1) = 1HZ

RTC_WaitForLastTask();//確保上一次 RTC 的操作完成

}

3、時間管理結構體

RTC初始化完成后可以直接往它的計數器寫入時間戳，但是時間戳對用戶不友好，不方便配置和顯示時間，在本工程中，使用bsp_date.h文件的rtc_time結構體來管理時間。這個類型的結構體具有時、分、秒、日、月、年及星期這7個成員。當需要給RTC的計時器重新配置或顯示時間時，使用這種容易接受的時間表示方式。

struct rtc_time {

int tm_sec;

int tm_min;

int tm_hour;

int tm_mday;

int tm_mon;

int tm_year;

int tm_wday;

};

在配置RTC時，使用這種類型的變量保存用戶輸入的時間，然后利用函數由該時間求出對應的UNIX時間戳，寫入RTC的計數器；RTC正常運行后，需要輸出時間時，利用函數通過RTC的計數器獲取UNIX時間戳，轉化成這種友好的時間表示方式保存到變量輸出。

4、時間格式轉換

在本實驗中，tm格式轉時間戳使用mktimev函數，時間戳轉tm格式使用to_tm函數，這兩個函數都定義在bsp_date.c文件中。關于日期計算的細節此處不作詳細分析，其原理是以1970年1月1日0時0分0秒為計時基點，對日期和以秒數表示時間戳進行互相轉化，轉化重點在于閏年的計算。這兩個函數都是以格林威治時間(GMT)時區來計算的，在調用這些函數時我們會對輸入參數加入時區偏移的運算，進行調整。

/* Converts Gregorian date to seconds since 1970-01-01 0000.

* Assumes input in normal date format, i.e. 1980-12-31 2359

* => year=1980, mon=12, day=31, hour=23, min=59, sec=59.

*/

u32 mktimev(struct rtc_time *tm)

{

if (0 >= (int) (tm->tm_mon -= 2)) { /* 1..12 -> 11,12,1..10 */

tm->tm_mon += 12; /* Puts Feb last since it has leap day */

tm->tm_year -= 1;

}

return (((

(u32) (tm->tm_year/4 - tm->tm_year/100 + tm->tm_year/400 + 367*tm->tm_mon/12 + tm->tm_mday) +

tm->tm_year*365 - 719499

)*24 + tm->tm_hour /* now have hours */

)*60 + tm->tm_min /* now have minutes */

)*60 + tm->tm_sec; /* finally seconds */

}

void to_tm(u32 tim, struct rtc_time * tm)

{

register u32 i;

register long hms, day;

day = tim / SECDAY; //有多少天

hms = tim % SECDAY; //今天的時間，單位s

tm->tm_hour = hms / 3600;//時

tm->tm_min = (hms % 3600) / 60;//分

tm->tm_sec = (hms % 3600) % 60;//秒

/*算出當前年份，起始的計數年份為1970年*/

for (i = STARTOFTIME; day >= days_in_year(i); i++) {

day -= days_in_year(i);

}

tm->tm_year = i;

/*計算當前的月份*/

if (leapyear(tm->tm_year)) {

days_in_month(FEBRUARY) = 29;

}

for (i = 1; day >= days_in_month(i); i++) {

day -= days_in_month(i);

}

days_in_month(FEBRUARY) = 28;

tm->tm_mon = i;

tm->tm_mday = day + 1;//計算當前日期

GregorianDay(tm); //計算當前是星期幾

}

5、配置時間

有了以上的準備，接下來學習一下Time_Adjust函數。Time_Adjust函數用于配置時間，它先調用前面的RTC_Configuration初始化RTC，接著調用庫函數RTC_SetCounter向RTC計數器寫入要設置時間的時間戳值，而時間戳的值則使用mktimev函數通過輸入參數tm來計算，計算后還與宏TIME_ZOOM運算，計算時區偏移值。此處的輸入參數tm是北京時間，所以“mktimev(tm)- TIME_ZOOM”計算后寫入到RTC計數器的是格林威治時區的標準UNIX時間戳。

/*

* 函數名：Time_Adjust

* 描述 ：時間調節

* 輸入 ：用于讀取RTC時間的結構體指針（北京時間）

* 輸出 ：無

*/

void Time_Adjust(struct rtc_time *tm)

{

RTC_Configuration();//RTC 配置

RTC_WaitForLastTask(); //等待確保上一次操作完成

GregorianDay(tm); //計算星期

RTC_SetCounter(mktimev(tm)-TIME_ZOOM); //由日期計算時間戳并寫入到RTC計數寄存器

RTC_WaitForLastTask(); //等待確保上一次操作完成

}

6、檢查并配置RTC

上面的Time_Adjust函數直接把參數寫入到RTC中修改配置，但在芯片每次上電時，并不希望每次都修改系統時間，所以我們增加了RTC_CheckAndConfig函數用于檢查是否需要向RTC寫入新的配置。

/*

* 函數名：RTC_CheckAndConfig

* 描述 ：檢查并配置RTC

* 輸入 ：用于讀取RTC時間的結構體指針

* 輸出 ：無

*/

void RTC_CheckAndConfig(struct rtc_time *tm)

{

/*在啟動時檢查備份寄存器BKP_DR1，如果內容不是0xA5A5,則需重新配置時間并詢問用戶調整時間*/

if (BKP_ReadBackupRegister(RTC_BKP_DRX) != RTC_BKP_DATA)

{

Time_Adjust(tm);//使用tm的時間配置RTC寄存器

BKP_WriteBackupRegister(RTC_BKP_DRX, RTC_BKP_DATA);//向BKP_DR1寄存器寫入標志

}

else

{

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);//使能時鐘

PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);//允許訪問 Backup 區域

#ifdef RTC_CLOCK_SOURCE_LSI// LSE啟動無需設置新時鐘

RCC_LSICmd(ENABLE);//使能 LSI

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) == RESET); //等待 LSI 準備好

#endif

if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PORRST) != RESET)//檢查是否掉電重啟

{

printf(" Power On Reset occurred....");

}

else if (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PINRST) != RESET)//檢查是否Reset復位

{

printf(" External Reset occurred....");

}

printf(" No need to configure RTC....");

RTC_WaitForSynchro();//等待寄存器同步

RTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE);//允許RTC秒中斷

RTC_WaitForLastTask();//等待上次RTC寄存器寫操作完成

}

RCC_ClearFlag();//清除復位標志 flags

}

在本函數中，會檢測備份域寄存器RTC_BKP_DRX內的值是否等于RTC_BKP_DATA而分成兩個分支。若不等，說明之前沒有配置RTC所以直接調用Time_Adjust函數初始化RTC并寫入時間戳進行計時，配置完成后向備份域寄存器RTC_BKP_DRX寫入值RTC_BKP_DATA作為標志，這樣該標志就可以指示RTC的配置情況了，因為備份域不掉電時，RTC和該寄存器的值都會保存完好，而如果備份域掉電，那么RTC配置和該標志都會一同丟失。

若本函數的標志判斷相等，進入else分支，不再調用Time_Adjust函數初始化RTC，而只是使用RTC_WaitForSynchro和RTC_ITConfig同步RTC域和APB以及使能中斷，以便獲取時間。如果使用的是LSI時鐘，還需要使能LSI時鐘，RTC才會正常運行，這是因為當主電源掉電和備份域的情況下LSI會關閉，而LSE則會正常運行，驅動RTC計時。

7、轉換并輸出時間

RTC正常運行后，可以使用Time_Display函數轉換時間格式并輸出到串口。

/*

* 函數名：Time_Display

* 描述 ：顯示當前時間值

* 輸入 ：-TimeVar RTC計數值，單位為 s

* 輸出 ：無

*/

void Time_Display(uint32_t TimeVar,struct rtc_time *tm)

{

static uint32_t FirstDisplay = 1;

uint32_t BJ_TimeVar;

uint8_t str[200]; //字符串暫存

BJ_TimeVar =TimeVar + TIME_ZOOM; //把標準時間轉換為北京時間

to_tm(BJ_TimeVar, tm);//把定時器的值轉換為北京時間

if((!tm->tm_hour && !tm->tm_min && !tm->tm_sec) || (FirstDisplay))

{

GetChinaCalendar((u16)tm->tm_year, (u8)tm->tm_mon, (u8)tm->tm_mday, str);

printf(" 今天新歷：%0.2d%0.2d,%0.2d,%0.2d", str[0], str[1], str[2], str[3]);

GetChinaCalendarStr((u16)tm->tm_year,(u8)tm->tm_mon,(u8)tm->tm_mday,str);

printf(" 今天農歷：%s ", str);

if(GetJieQiStr((u16)tm->tm_year, (u8)tm->tm_mon, (u8)tm->tm_mday, str))

{

printf(" 今天農歷：%s ", str);

}

FirstDisplay = 0;

}

/* 輸出時間戳，公歷時間 */

printf(" UNIX時間戳 = %d 當前時間為: %d年(%s年) %d月 %d日 (星期%s) %0.2d:%0.2d:%0.2d ",TimeVar,

tm->tm_year, zodiac_sign[(tm->tm_year-3)%12], tm->tm_mon, tm->tm_mday,

WEEK_STR[tm->tm_wday], tm->tm_hour, tm->tm_min, tm->tm_sec);}

本函數的核心部分已加粗顯示，主要是使用to_tm把時間戳轉換成日常生活中使用的時間格式，to_tm以BJ_TimeVar作為輸入參數，而BJ_TimeVar對時間戳變量Time_Var進行了時區偏移，也就是說調用Time_Display函數時，以RTC計數器的值作為TimeVar作為輸入參數即可，最終會輸出北京時間。利用to_tm轉換格式后，調用bsp_calendar.c文件中的日歷計算函數，求出星期、農歷、生肖等內容，然后使用串口顯示出來。

8、中斷服務函數

一般來說，上面的Time_Display時間顯示每秒中更新一次，而根據前面的配置，RTC每秒會進入一次中斷，本實驗中的RTC中斷服務函數如下。RTC的秒中斷服務函數只是簡單地對全局變量TimeDisplay置1，在main函數的while循環中會檢測這個標志，當標志為1時，就調用Time_Display函數顯示一次時間，達到每秒鐘更新當前時間的效果。

void RTC_IRQHandler(void)

{

if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_SEC) != RESET)

{

RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_SEC); //清中斷標志

TimeDisplay = 1; //置位秒顯示更新任務標志

RTC_WaitForLastTask(); //等待RTC操作完成

}

}

9、main函數

main函數的流程非常清晰，初始化了按鍵、串口等外設后，調用RTC_CheckAndConfig函數初始化RTC，若RTC是第一次初始化，就使用變量systmtime中的默認時間配置，若之前已配置好RTC，那么RTC_CheckAndConfig函數僅同步時鐘系統，便于獲取實時時間。在 while循環里檢查中斷設置的TimeDisplay是否置1，若置1了就調用Time_Display函數，它的輸入參數是庫函數RTC_GetCounter的返回值，也就是RTC計數器里的時間戳，Time_Display函數把該時間戳轉化成北京時間顯示到串口上。

/**

* @brief 主函數

* @param 無

* @retval 無

*/

int main()

{

USART_Config();

Key_GPIO_Config();

RTC_NVIC_Config();/* 配置RTC秒中斷優先級 */

RTC_CheckAndConfig(&systmtime);

while (1)

{

if (TimeDisplay == 1)//每過1s 更新一次時間

{

Time_Display( RTC_GetCounter(),&systmtime); //當前時間

TimeDisplay = 0;

}

//按下按鍵，通過串口修改時間

if( Key_Scan(KEY1_GPIO_PORT,KEY1_GPIO_PIN) == KEY_ON )

{

struct rtc_time set_time;

Time_Regulate_Get(&set_time);//使用串口接收設置的時間，輸入數字時注意末尾要加回車

Time_Adjust(&set_time);//用接收到的時間設置RTC

BKP_WriteBackupRegister(RTC_BKP_DRX, RTC_BKP_DATA);//向備份寄存器寫入標志

}

}

}

main函數中當檢測到開發板上的KEY1被按下時，會調用Time_Regulate_Get函數通過串口獲取配置時間，然后把獲取得的時間輸入到Time_Adjust函數把該時間寫入到RTC計數器中，更新配置。Time_Regulate_Get函數的本質是利用重定向到串口的C標準數據流輸入函數scanf獲取用戶輸入，若獲取得的數據符合范圍，則賦值到tm結構體中，在main函數中再調用Time_Adjust函數把tm存儲的時間寫入到RTC計數器中。