萬年歷實(shí)驗(yàn)

本小節(jié)講解的是如何利用RTC外設(shè)實(shí)現(xiàn)萬年歷功能，本實(shí)驗(yàn)工程與RTC底層驅(qū)動(dòng)相關(guān)的文件為bsp_rtc.c/h，在底層驅(qū)動(dòng)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(jì)算。

程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）初始化RTC外設(shè)；

（2）設(shè)置時(shí)間以及添加配置標(biāo)志；

（3）獲取當(dāng)前時(shí)間；

代碼分析

1、RTC實(shí)驗(yàn)配置相關(guān)宏定義

在這個(gè)RTC實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)J(rèn)使用LSI內(nèi)部時(shí)鐘，使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，即使安裝了鈕扣電池，主電源掉電后時(shí)間是不會(huì)繼續(xù)走的，只會(huì)保留上次斷電的時(shí)間。若要持續(xù)運(yùn)行，需要切換成使用LSE外部時(shí)鐘。

#define RTC_CLOCK_SOURCE_LSI //使用LS內(nèi)部時(shí)鐘

#define RTC_BKP_DRX BKP_DR1

#define RTC_BKP_DATA 0xA5A5//寫入到備份寄存器的數(shù)據(jù)宏定義

#define TIME_ZOOM (8*60*60)//北京時(shí)間的時(shí)區(qū)秒數(shù)差

RTC_BKP_DRX和RTC_BKP_DATA：這兩個(gè)宏用于在備份域寄存器設(shè)置RTC已配置標(biāo)志，本實(shí)驗(yàn)中初始化RTC后，向備份域寄存器寫入一個(gè)數(shù)字，若下次芯片上電檢測到該標(biāo)志，說明RTC之前已經(jīng)配置好時(shí)間，所以不應(yīng)該再設(shè)置RTC，而如果備份域電源也掉電，備份域內(nèi)記錄的該標(biāo)志也會(huì)丟失，所以芯片上電后需要重新設(shè)置時(shí)間。這兩個(gè)宏的值中，BKP_DR1是備份域的其中一個(gè)寄存器，而0xA5A5則是隨意選擇的數(shù)字，只要寫入和檢測一致即可。

TIME_ZOOM：這個(gè)宏用于設(shè)置時(shí)區(qū)的秒數(shù)偏移，例如北京時(shí)間為(GMT+8)時(shí)區(qū)，即相對(duì)于格林威治時(shí)間(GMT)早8個(gè)小時(shí)，此處使用的宏值即為8個(gè)小時(shí)的秒數(shù)（8*60*60），若使用其它時(shí)區(qū)，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(shù)對(duì)RTC進(jìn)行初始化。這個(gè)初始化的流程如下：使用RCC_APB1PeriphClockCmd使能PWR和BKP區(qū)域（即備份域）的時(shí)鐘系統(tǒng)，使用PWR_BackupAccessCmd設(shè)置允許對(duì)BKP區(qū)域的訪問，使能LSI時(shí)鐘，選擇LSI作為RTC的時(shí)鐘源并使能RTC時(shí)鐘，利用庫函數(shù)RTC_WaitForSynchro對(duì)備份域和APB進(jìn)行同步，用RTC_ITConfig使能秒中斷，使用RTC_SetPrescaler分頻配置把RTC時(shí)鐘頻率設(shè)置為1Hz，那么RTC每個(gè)時(shí)鐘周期都會(huì)產(chǎn)生一次中斷。經(jīng)過這樣的配置后，RTC每秒產(chǎn)生一次中斷事件，實(shí)驗(yàn)中在中斷設(shè)置標(biāo)志位以便更新時(shí)間。

/*

* 函數(shù)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(shí)鐘

PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);//允許訪問 Backup 區(qū)域

BKP_DeInit();//復(fù)位 Backup 區(qū)域

RCC_LSICmd(ENABLE);//使能 LSI

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

RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);//選擇 LSI 作為 RTC 時(shí)鐘源

RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);//使能 RTC 時(shí)鐘

RTC_WaitForSynchro();//因?yàn)镽TC時(shí)鐘是低速的，內(nèi)環(huán)時(shí)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(shè)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(shí)間管理結(jié)構(gòu)體

RTC初始化完成后可以直接往它的計(jì)數(shù)器寫入時(shí)間戳，但是時(shí)間戳對(duì)用戶不友好，不方便配置和顯示時(shí)間，在本工程中，使用bsp_date.h文件的rtc_time結(jié)構(gòu)體來管理時(shí)間。這個(gè)類型的結(jié)構(gòu)體具有時(shí)、分、秒、日、月、年及星期這7個(gè)成員。當(dāng)需要給RTC的計(jì)時(shí)器重新配置或顯示時(shí)間時(shí)，使用這種容易接受的時(shí)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(shí)，使用這種類型的變量保存用戶輸入的時(shí)間，然后利用函數(shù)由該時(shí)間求出對(duì)應(yīng)的UNIX時(shí)間戳，寫入RTC的計(jì)數(shù)器；RTC正常運(yùn)行后，需要輸出時(shí)間時(shí)，利用函數(shù)通過RTC的計(jì)數(shù)器獲取UNIX時(shí)間戳，轉(zhuǎn)化成這種友好的時(shí)間表示方式保存到變量輸出。

4、時(shí)間格式轉(zhuǎn)換

在本實(shí)驗(yàn)中，tm格式轉(zhuǎn)時(shí)間戳使用mktimev函數(shù)，時(shí)間戳轉(zhuǎn)tm格式使用to_tm函數(shù)，這兩個(gè)函數(shù)都定義在bsp_date.c文件中。關(guān)于日期計(jì)算的細(xì)節(jié)此處不作詳細(xì)分析，其原理是以1970年1月1日0時(shí)0分0秒為計(jì)時(shí)基點(diǎn)，對(duì)日期和以秒數(shù)表示時(shí)間戳進(jìn)行互相轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化重點(diǎn)在于閏年的計(jì)算。這兩個(gè)函數(shù)都是以格林威治時(shí)間(GMT)時(shí)區(qū)來計(jì)算的，在調(diào)用這些函數(shù)時(shí)我們會(huì)對(duì)輸入?yún)?shù)加入時(shí)區(qū)偏移的運(yùn)算，進(jìn)行調(diào)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(shí)間，單位s

tm->tm_hour = hms / 3600;//時(shí)

tm->tm_min = (hms % 3600) / 60;//分

tm->tm_sec = (hms % 3600) % 60;//秒

/*算出當(dāng)前年份，起始的計(jì)數(shù)年份為1970年*/

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

day -= days_in_year(i);

}

tm->tm_year = i;

/*計(jì)算當(dāng)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(jì)算當(dāng)前日期

GregorianDay(tm); //計(jì)算當(dāng)前是星期幾

}

5、配置時(shí)間

有了以上的準(zhǔn)備，接下來學(xué)習(xí)一下Time_Adjust函數(shù)。Time_Adjust函數(shù)用于配置時(shí)間，它先調(diào)用前面的RTC_Configuration初始化RTC，接著調(diào)用庫函數(shù)RTC_SetCounter向RTC計(jì)數(shù)器寫入要設(shè)置時(shí)間的時(shí)間戳值，而時(shí)間戳的值則使用mktimev函數(shù)通過輸入?yún)?shù)tm來計(jì)算，計(jì)算后還與宏TIME_ZOOM運(yùn)算，計(jì)算時(shí)區(qū)偏移值。此處的輸入?yún)?shù)tm是北京時(shí)間，所以“mktimev(tm)- TIME_ZOOM”計(jì)算后寫入到RTC計(jì)數(shù)器的是格林威治時(shí)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)UNIX時(shí)間戳。

/*

* 函數(shù)名：Time_Adjust

* 描述 ：時(shí)間調(diào)節(jié)

* 輸入 ：用于讀取RTC時(shí)間的結(jié)構(gòu)體指針（北京時(shí)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(jì)算星期

RTC_SetCounter(mktimev(tm)-TIME_ZOOM); //由日期計(jì)算時(shí)間戳并寫入到RTC計(jì)數(shù)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(shù)直接把參數(shù)寫入到RTC中修改配置，但在芯片每次上電時(shí)，并不希望每次都修改系統(tǒng)時(shí)間，所以我們?cè)黾恿薘TC_CheckAndConfig函數(shù)用于檢查是否需要向RTC寫入新的配置。

/*

* 函數(shù)名：RTC_CheckAndConfig

* 描述 ：檢查并配置RTC

* 輸入 ：用于讀取RTC時(shí)間的結(jié)構(gòu)體指針

* 輸出 ：無

*/

void RTC_CheckAndConfig(struct rtc_time *tm)

{

/*在啟動(dòng)時(shí)檢查備份寄存器BKP_DR1，如果內(nèi)容不是0xA5A5,則需重新配置時(shí)間并詢問用戶調(diào)整時(shí)間*/

if (BKP_ReadBackupRegister(RTC_BKP_DRX) != RTC_BKP_DATA)

{

Time_Adjust(tm);//使用tm的時(shí)間配置RTC寄存器

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

}

else

{

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

PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);//允許訪問 Backup 區(qū)域

#ifdef RTC_CLOCK_SOURCE_LSI// LSE啟動(dòng)無需設(shè)置新時(shí)鐘

RCC_LSICmd(ENABLE);//使能 LSI

while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) == RESET); //等待 LSI 準(zhǔn)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(fù)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(fù)位標(biāo)志 flags

}

在本函數(shù)中，會(huì)檢測備份域寄存器RTC_BKP_DRX內(nèi)的值是否等于RTC_BKP_DATA而分成兩個(gè)分支。若不等，說明之前沒有配置RTC所以直接調(diào)用Time_Adjust函數(shù)初始化RTC并寫入時(shí)間戳進(jìn)行計(jì)時(shí)，配置完成后向備份域寄存器RTC_BKP_DRX寫入值RTC_BKP_DATA作為標(biāo)志，這樣該標(biāo)志就可以指示RTC的配置情況了，因?yàn)閭浞萦虿坏綦姇r(shí)，RTC和該寄存器的值都會(huì)保存完好，而如果備份域掉電，那么RTC配置和該標(biāo)志都會(huì)一同丟失。

若本函數(shù)的標(biāo)志判斷相等，進(jìn)入else分支，不再調(diào)用Time_Adjust函數(shù)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(shí)間。如果使用的是LSI時(shí)鐘，還需要使能LSI時(shí)鐘，RTC才會(huì)正常運(yùn)行，這是因?yàn)楫?dāng)主電源掉電和備份域的情況下LSI會(huì)關(guān)閉，而LSE則會(huì)正常運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)RTC計(jì)時(shí)。

7、轉(zhuǎn)換并輸出時(shí)間

RTC正常運(yùn)行后，可以使用Time_Display函數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間格式并輸出到串口。

/*

* 函數(shù)名：Time_Display

* 描述 ：顯示當(dāng)前時(shí)間值

* 輸入 ：-TimeVar RTC計(jì)數(shù)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(biāo)準(zhǔn)時(shí)間轉(zhuǎn)換為北京時(shí)間

to_tm(BJ_TimeVar, tm);//把定時(shí)器的值轉(zhuǎn)換為北京時(shí)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(nóng)歷：%s ", str);

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

{

printf(" 今天農(nóng)歷：%s ", str);

}

FirstDisplay = 0;

}

/* 輸出時(shí)間戳，公歷時(shí)間 */

printf(" UNIX時(shí)間戳 = %d 當(dāng)前時(shí)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(shù)的核心部分已加粗顯示，主要是使用to_tm把時(shí)間戳轉(zhuǎn)換成日常生活中使用的時(shí)間格式，to_tm以BJ_TimeVar作為輸入?yún)?shù)，而BJ_TimeVar對(duì)時(shí)間戳變量Time_Var進(jìn)行了時(shí)區(qū)偏移，也就是說調(diào)用Time_Display函數(shù)時(shí)，以RTC計(jì)數(shù)器的值作為TimeVar作為輸入?yún)?shù)即可，最終會(huì)輸出北京時(shí)間。利用to_tm轉(zhuǎn)換格式后，調(diào)用bsp_calendar.c文件中的日歷計(jì)算函數(shù)，求出星期、農(nóng)歷、生肖等內(nèi)容，然后使用串口顯示出來。

8、中斷服務(wù)函數(shù)

一般來說，上面的Time_Display時(shí)間顯示每秒中更新一次，而根據(jù)前面的配置，RTC每秒會(huì)進(jìn)入一次中斷，本實(shí)驗(yàn)中的RTC中斷服務(wù)函數(shù)如下。RTC的秒中斷服務(wù)函數(shù)只是簡單地對(duì)全局變量TimeDisplay置1，在main函數(shù)的while循環(huán)中會(huì)檢測這個(gè)標(biāo)志，當(dāng)標(biāo)志為1時(shí)，就調(diào)用Time_Display函數(shù)顯示一次時(shí)間，達(dá)到每秒鐘更新當(dāng)前時(shí)間的效果。

void RTC_IRQHandler(void)

{

if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_SEC) != RESET)

{

RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_SEC); //清中斷標(biāo)志

TimeDisplay = 1; //置位秒顯示更新任務(wù)標(biāo)志

RTC_WaitForLastTask(); //等待RTC操作完成

}

}

9、main函數(shù)

main函數(shù)的流程非常清晰，初始化了按鍵、串口等外設(shè)后，調(diào)用RTC_CheckAndConfig函數(shù)初始化RTC，若RTC是第一次初始化，就使用變量systmtime中的默認(rèn)時(shí)間配置，若之前已配置好RTC，那么RTC_CheckAndConfig函數(shù)僅同步時(shí)鐘系統(tǒng)，便于獲取實(shí)時(shí)時(shí)間。在 while循環(huán)里檢查中斷設(shè)置的TimeDisplay是否置1，若置1了就調(diào)用Time_Display函數(shù)，它的輸入?yún)?shù)是庫函數(shù)RTC_GetCounter的返回值，也就是RTC計(jì)數(shù)器里的時(shí)間戳，Time_Display函數(shù)把該時(shí)間戳轉(zhuǎn)化成北京時(shí)間顯示到串口上。

/**

* @brief 主函數(shù)

* @param 無

* @retval 無

*/

int main()

{

USART_Config();

Key_GPIO_Config();

RTC_NVIC_Config();/* 配置RTC秒中斷優(yōu)先級(jí) */

RTC_CheckAndConfig(&systmtime);

while (1)

{

if (TimeDisplay == 1)//每過1s 更新一次時(shí)間

{

Time_Display( RTC_GetCounter(),&systmtime); //當(dāng)前時(shí)間

TimeDisplay = 0;

}

//按下按鍵，通過串口修改時(shí)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(shè)置的時(shí)間，輸入數(shù)字時(shí)注意末尾要加回車

Time_Adjust(&set_time);//用接收到的時(shí)間設(shè)置RTC

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

}

}

}

main函數(shù)中當(dāng)檢測到開發(fā)板上的KEY1被按下時(shí)，會(huì)調(diào)用Time_Regulate_Get函數(shù)通過串口獲取配置時(shí)間，然后把獲取得的時(shí)間輸入到Time_Adjust函數(shù)把該時(shí)間寫入到RTC計(jì)數(shù)器中，更新配置。Time_Regulate_Get函數(shù)的本質(zhì)是利用重定向到串口的C標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)流輸入函數(shù)scanf獲取用戶輸入，若獲取得的數(shù)據(jù)符合范圍，則賦值到tm結(jié)構(gòu)體中，在main函數(shù)中再調(diào)用Time_Adjust函數(shù)把tm存儲(chǔ)的時(shí)間寫入到RTC計(jì)數(shù)器中。