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:0~3
    NVIC_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:0~3
    NVIC_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：

https://download.csdn.net/download/m0_63622771/90842063

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：

https://download.csdn.net/download/m0_63622771/90842069

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B

RTC_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;