16-看门狗和RTC

一、独立看门狗

1、独立看门狗概述

      在由单片机构成的微型计算机系统中，由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成程序的跑飞（不按照正常程序进行运行，如程序重启，但是如果我们填加看门狗的技术，就可以防止这个种情况的发生），而陷入死循环，程序的正常运行被打断，由单片机控制的系统无法继续工作，会造成整个系统的陷入停滞状态，发生不可预料的后果，所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑，便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的模块或者芯片，俗称“看门狗”(watchdog) 。

    看门狗（ watchdog timer）,是一个定时器（12位）电路, 一般有一个输入,叫喂狗(kicking the dog or service the dog),一个输出到MCU的RST（复位）端,MCU正常工作的时候,每隔一段时间输出一个信号到喂狗端,如果超过规定的时间不喂狗,(一般在程序跑飞时，不在程序正常的状态),WDT 定时超过,就会给出一个复位信号到MCU,使MCU复位. 防止MCU死机. 看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。

2、STM32独立看门狗

   独立看门狗适合应用于需要看门狗作为一个在主程序之外 能够完全独立工作，并且对时间精度要求低的场合。

        STM32F4 的独立看门狗由内部专门的 LSIRC32Khz 低速时钟 （LSI） 驱动，即使主时钟发生故障，它也仍然有效。这里需要注意独立看门狗的时钟是一个内部RC时钟，所以并不是准确的32Khz，而是在15~47Khz 之间的一个可变化的时钟，只是我们在估算的时候，以 32Khz 的频率来计算，独立看门狗对时间的要求不是很精确，所以，时钟有些偏差都是接受的范围。

3、独立看门狗操作步骤

独立看门狗操作步骤需要添加的库函数文件：stm32f4xx_iwdg.c

1、 取消寄存器写保护：

      IWDG_WriteAccessCmd();

2、设置独立看门狗的预分频系数，确定时钟:

     IWDG_SetPrescaler();

3、设置看门狗重装载值，确定溢出时间:

    IWDG_SetReload();

4、使能看门狗

    IWDG_Enable();

5、应用程序喂狗:就是重新将重装载寄存器值装载到计数器中，就相当于你每个月的伙食费，没钱了会向父母要差不多意思。

   IWDG_ReloadCounter();

如下例子是防止程序重启的代码，应用到看门狗的作用

看门狗例子源码：

https://download.csdn.net/download/m0_63622771/90841876

4、效果分析

没有喂狗，系统重启

int main(void)
{int ret;u8 data[5];//中断的优先级分组，一个项目只能设置一次//中断优先级分为第二组，抢占级范围:0~3  响应:0~3NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);Delay_Init();//初始化后GPIOF_ODR默认为低电平，所以灯亮Led_Init();Usart1_Init(115200);Tim3_NoISR_Init(50000-1);Dht11_Init();//下面我们设置了一条狗，使其每两秒内要喂狗，不然会让程序重启。Iwdg_Init();//如果打印这一句话，说明系统重启。printf("iwdg test\r\n");while(1){    ret = Dht11_Data(data);if(ret == 0){//让CPU打印数据printf("湿度:%d.%d\r\n", data[0], data[1]);printf("温度:%d.%d\r\n", data[2], data[3]);}delay_s(1);delay_ms(500);delay_ms(400);}return 0;
}

下面是添加喂狗的情况，系统会正常运行

int main(void)
{int ret;u8 data[5];//中断的优先级分组，一个项目只能设置一次//中断优先级分为第二组，抢占级范围:0~3  响应:0~3NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);Delay_Init();//初始化后GPIOF_ODR默认为低电平，所以灯亮Led_Init();Usart1_Init(115200);Tim3_NoISR_Init(50000-1);Dht11_Init();Iwdg_Init();//如果打印这一句话，说明系统重启。printf("iwdg test\r\n");while(1){    ret = Dht11_Data(data);if(ret == 0){//让CPU打印数据printf("湿度:%d.%d\r\n", data[0], data[1]);printf("温度:%d.%d\r\n", data[2], data[3]);}delay_s(1);delay_ms(500);delay_ms(400);//保证上面程序运行的时间少于2S//应用程序喂狗:IWDG_ReloadCounter();}return 0;
}

注意：真正看门狗喂程序不应该放主函数当中，因为主函数运行的时间不可控制，而是应该将喂狗程序放在一个基本定时器当中，每隔固定时间进行喂狗。

例如下面使用定时器7，每隔1.8s喂狗源码：

二、RTC（时钟）

1、RTC概述

RTC（Real Time Clock，实时时钟）是一种专门用于记录时间的设备或模块，通常作为计算机系统中的一部分存在。其本质是一个计数器，以秒为单位进行计数，可以提供精确的时间信息，并且具有以下特性：

提供时间信息： RTC能够提供当前的时间，通常以秒钟数的形式表示，但也可以提供更精细的时间分辨率，如毫秒或微秒级别。

持久性： RTC具有持久性，即在MCU（Microcontroller Unit，微控制器单元）掉电后（主电源）仍然能够继续运行（依靠纽扣电池，也就说纽扣电池给RTC进行供电），因此能够确保时间信息的连续性和准确性。

低功耗： RTC通常具有低功耗特性，以确保在长时间内使用时消耗的能量较少，这对于依靠电池供电的应用尤为重要，因为它可以延长电池的使用寿命。

总的来说，RTC在许多应用中扮演着关键的角色，特别是在需要准确记录时间并且需要在掉电后继续运行的场景下，如数据记录、日志记录、定时任务等。

    STM32 的 RTC 外设，实质是一个掉电后还继续运行的定时器。RTC是个独立的BCD定时器/计数器。提供一个日历时钟，两个可编程闹钟中断，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位寄存器包含二进码十进制格式(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，还可以提供二进制的亚秒值。系统可以自动将月份的天数补偿为28，29（闰年），30,31天。并且还可以进行夏令时补偿。

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。

异步预分频需要设置为:0x7f (127则是128分频)

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。

同步预分频需要设置为:0xFF (255则是256分频)

BCD码
BCD码（Binary-Coded Decimal）是一种用二进制编码表示十进制数的编码方式1.BCD码的分类：
有权码‌：如8421码、2421码、5421码，每个二进制位有固定的权值。
‌无权码‌：如余3码、余3循环码、格雷码，每个编码中的1和0没有确切的权值。最常见的是8421码

选择外部时钟源，当主时钟发生故障时，RTC还能正常运行；且当主电源发生故障，RTC由钮扣电池进行独立供电

纽扣电池供电电路，纽扣电池供电由PWR外设进行管理

纽扣电池实物图

纽扣电池电路图

2、RTC时间与日期配置流程

1、使能PWR时钟：RCC_APB1PeriphClockCmd();

2、使能后备寄存器访问:   PWR_BackupAccessCmd();

3、配置RTC时钟源，使能RTC时钟：

      RCC_RTCCLKConfig();

      RCC_RTCCLKCmd();

      如果使用LSE，要打开LSE：RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);

4、 初始化RTC(同步/异步分频系数和时钟格式)：RTC_Init ();

5、 设置时间：RTC_SetTime ();

6、设置日期：RTC_SetDate()；

后备寄存器是一种掉电后可保存数据的寄存器。
uint32_t RTC_ReadBackupRegister(uint32_t RTC_BKP_DR)//读后备寄存器
void RTC_WriteBackupRegister(uint32_t RTC_BKP_DR, uint32_t Data)//写入后备寄存器

RTC日期时间例子源码：

3、RTC闹钟

STM32有两个闹钟，分别闹钟A与闹钟B.

RTC 中断：所有 RTC 中断均与 EXTI（外部中断控制） 控制器相连。

要使能 RTC 闹钟中断，需按照以下顺序操作：

1. 将 EXTI 线 17 配置为中断模式并将其使能，然后选择上升沿有效。

2. 配置 NVIC 中的 RTC_Alarm IRQ 通道并将其使能。

3. 配置 RTC 以生成 RTC 闹钟（闹钟 A 或闹钟 B）。 

闹钟A配置流程

1、RTC时间已经初始化好相关参数。

2、关闭闹钟：RTC_AlarmCmd(RTC_Alarm_A,DISABLE);

3、配置闹钟参数：RTC_SetAlarm();

4、开启配置闹钟中断：

    

     EXTI_Init();

     NVIC_Init();

RTC_ITConfig();

5、开启闹钟：RTC_AlarmCmd(RTC_Alarm_A,ENABLE);

6、编写中断服务函数：RTC_Alarm_IRQHandler();

可通过下面函数判断是哪个闹钟发生响应

FlagStatus RTC_GetFlagStatus(uint32_t RTC_FLAG)//获取标志位

RTC闹钟例子：

https://download.csdn.net/download/m0_63622771/90842074

4、实验效果

时间设置

        RTC_TimeStruct.RTC_H12        = RTC_H12_PM; //下午，在24小时制时，这个参数是无用RTC_TimeStruct.RTC_Hours    = 9; //时RTC_TimeStruct.RTC_Minutes    = 16; //分RTC_TimeStruct.RTC_Seconds    = 10; //秒//RTC_Format_BIN,写10进制，硬件自动转换为2进制进行存储RTC_SetTime (RTC_Format_BIN, &RTC_TimeStruct);

闹钟A的设置时间1后

    //闹钟时间设置RTC_AlarmTime.RTC_H12        = RTC_H12_AM; //上午，在24小时制时，这个参数是无用RTC_AlarmTime.RTC_Hours        = 9; //时RTC_AlarmTime.RTC_Minutes    = 17; //分RTC_AlarmTime.RTC_Seconds    = 10; //秒

5、掩码位理解

掩码位：对某个位屏蔽，可以理解为忽略这个操作
在代码中：RTC_AlarmStruct.RTC_AlarmMask            = RTC_AlarmMask_Hours;  //表示闹钟A有小时掩码位
如设置的时间：9：55：10，接下来，忽略了小时，也就每隔小时的55分10秒都会响应响应，一天有24个闹钟。

三、函数说明

//1
void IWDG_WriteAccessCmd(uint16_t IWDG_WriteAccess);
函数功能：是否使能 IWDG_PR and IWDG_RLR寄存器
返回值：无
uint16_t IWDG_WriteAccess：是否使能
IWDG_WriteAccess_Enable 
IWDG_WriteAccess_Disable//2
void IWDG_SetPrescaler(uint8_t IWDG_Prescaler)
函数功能：设置看门预分频器
返回值：无
uint8_t IWDG_Prescaler：分频系数
IWDG_Prescaler_4   
IWDG_Prescaler_8   
IWDG_Prescaler_16  
IWDG_Prescaler_32  
IWDG_Prescaler_64  
IWDG_Prescaler_128 
IWDG_Prescaler_256 //3
void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t RCC_RTCCLKSource)
void IWDG_SetReload(uint16_t Reload)
函数功能：设置重载值
返回值：无
uint16_t Reload：重载值寄存器的值，范围：0~0xFFF//4
void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t RCC_RTCCLKSource)
函数功能：RTC时钟源配置
返回值：无
uint32_t RCC_RTCCLKSource：时钟源选择
RCC_RTCCLKSource_LSE      
RCC_RTCCLKSource_LSI      
RCC_RTCCLKSource_HSE_Div2 
RCC_RTCCLKSource_HSE_Div3 
.
.
.
RCC_RTCCLKSource_HSE_Div30
RCC_RTCCLKSource_HSE_Div31//5
ErrorStatus RTC_Init(RTC_InitTypeDef* RTC_InitStruct);
函数功能：RTC设置
返回值
成功：SUCCESS
失败：ERROR
RTC_InitTypeDef* RTC_InitStruct：RTC结构体
typedef struct
{uint32_t RTC_HourFormat;   //小时制选择uint32_t RTC_AsynchPrediv; //异步通道分频器uint32_t RTC_SynchPrediv;  //同步通道分频器
}RTC_InitTypeDef;//6
ErrorStatus RTC_SetTime(uint32_t RTC_Format, RTC_TimeTypeDef* RTC_TimeStruct);
函数功能：RTC时间设置
返回值
成功：SUCCESS
失败：ERROR
uint32_t RTC_Format：存储格式
RTC_Format_BIN：二进制存储
RTC_Format_BCD：BCD编码存储
RTC_TimeTypeDef* RTC_TimeStruct：时间结构体
typedef struct
{uint8_t RTC_Hours;    //时uint8_t RTC_Minutes;  //分uint8_t RTC_Seconds;  //秒uint8_t RTC_H12;      //上/下午
}RTC_TimeTypeDef; //7
ErrorStatus RTC_SetDate(uint32_t RTC_Format, RTC_DateTypeDef* RTC_DateStruct);
函数功能：RTC日期设置
返回值
成功：SUCCESS
失败：ERROR
uint32_t RTC_Format：存储格式
RTC_Format_BIN：二进制存储
RTC_Format_BCD：BCD编码存储RTC_DateTypeDef* RTC_DateStruct:日期结构体
typedef struct
{uint8_t RTC_WeekDay; //星期uint8_t RTC_Month;   //月uint8_t RTC_Date;     //日uint8_t RTC_Year;     //年
}RTC_DateTypeDef;//8
void RTC_SetAlarm(uint32_t RTC_Format, uint32_t RTC_Alarm, RTC_AlarmTypeDef* RTC_AlarmStruct)
函数说明：闹钟设置
返回值：无
uint32_t RTC_Format：存储格式
RTC_Format_BIN：二进制存储
RTC_Format_BCD：BCD编码存储
uint32_t RTC_Alarm：选择闹钟
RTC_Alarm_A：闹钟A
RTC_Alarm_B：闹钟BRTC_AlarmTypeDef* RTC_AlarmStruct:闹钟结构体typedef struct
{RTC_TimeTypeDef RTC_AlarmTime;     //时间设置uint32_t RTC_AlarmMask;            //掩码位uint32_t RTC_AlarmDateWeekDaySel;  //选择日期还是星期设置闹钟uint8_t RTC_AlarmDateWeekDay;      //日期还是星期
}RTC_AlarmTypeDef;//时间设置的结构体
typedef struct
{uint8_t RTC_Hours;    //时uint8_t RTC_Minutes;  //分uint8_t RTC_Seconds;  //秒uint8_t RTC_H12;      //上/下午
}RTC_TimeTypeDef;