16-看門狗和RTC

一、獨立看門狗

1、獨立看門狗概述

????? 在由單片機構成的微型計算機系統中，由于單片機的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾，造成程序的跑飛（不按照正常程序進行運行，如程序重啟，但是如果我們填加看門狗的技術，就可以防止這個種情況的發生），而陷入死循環，程序的正常運行被打斷，由單片機控制的系統無法繼續工作，會造成整個系統的陷入停滯狀態，發生不可預料的后果，所以出于對單片機運行狀態進行實時監測的考慮，便產生了一種專門用于監測單片機程序運行狀態的模塊或者芯片，俗稱“看門狗”(watchdog) 。

????看門狗（ watchdog timer）,是一個定時器（12位）電路, 一般有一個輸入,叫喂狗(kicking the dog or service the dog),一個輸出到MCU的RST（復位）端,MCU正常工作的時候,每隔一段時間輸出一個信號到喂狗端,如果超過規定的時間不喂狗,(一般在程序跑飛時，不在程序正常的狀態),WDT 定時超過,就會給出一個復位信號到MCU,使MCU復位. 防止MCU死機. 看門狗的作用就是防止程序發生死循環，或者說程序跑飛。

2、STM32獨立看門狗

?? 獨立看門狗適合應用于需要看門狗作為一個在主程序之外能夠完全獨立工作，并且對時間精度要求低的場合。

????????STM32F4 的獨立看門狗由內部專門的 LSIRC32Khz 低速時鐘（LSI）驅動，即使主時鐘發生故障，它也仍然有效。這里需要注意獨立看門狗的時鐘是一個內部RC時鐘，所以并不是準確的32Khz，而是在15~47Khz 之間的一個可變化的時鐘，只是我們在估算的時候，以 32Khz 的頻率來計算，獨立看門狗對時間的要求不是很精確，所以，時鐘有些偏差都是接受的范圍。

3、獨立看門狗操作步驟

獨立看門狗操作步驟需要添加的庫函數文件：stm32f4xx_iwdg.c

1、取消寄存器寫保護：

??????IWDG_WriteAccessCmd();

2、設置獨立看門狗的預分頻系數，確定時鐘:

?????IWDG_SetPrescaler();

3、設置看門狗重裝載值，確定溢出時間:

????IWDG_SetReload();

4、使能看門狗

????IWDG_Enable();

5、應用程序喂狗:就是重新將重裝載寄存器值裝載到計數器中，就相當于你每個月的伙食費，沒錢了會向父母要差不多意思。

???IWDG_ReloadCounter();

如下例子是防止程序重啟的代碼，應用到看門狗的作用

看門狗例子源碼：

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

4、效果分析

沒有喂狗，系統重啟

int main(void)
{int ret;u8 data[5];//中斷的優先級分組，一個項目只能設置一次//中斷優先級分為第二組，搶占級范圍:0~3  響應:0~3NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);Delay_Init();//初始化后GPIOF_ODR默認為低電平，所以燈亮Led_Init();Usart1_Init(115200);Tim3_NoISR_Init(50000-1);Dht11_Init();//下面我們設置了一條狗，使其每兩秒內要喂狗，不然會讓程序重啟。Iwdg_Init();//如果打印這一句話，說明系統重啟。printf("iwdg test\r\n");while(1){    ret = Dht11_Data(data);if(ret == 0){//讓CPU打印數據printf("濕度:%d.%d\r\n", data[0], data[1]);printf("溫度:%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況，系統會正常運行

int main(void)
{int ret;u8 data[5];//中斷的優先級分組，一個項目只能設置一次//中斷優先級分為第二組，搶占級范圍:0~3  響應:0~3NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);Delay_Init();//初始化后GPIOF_ODR默認為低電平，所以燈亮Led_Init();Usart1_Init(115200);Tim3_NoISR_Init(50000-1);Dht11_Init();Iwdg_Init();//如果打印這一句話，說明系統重啟。printf("iwdg test\r\n");while(1){    ret = Dht11_Data(data);if(ret == 0){//讓CPU打印數據printf("濕度:%d.%d\r\n", data[0], data[1]);printf("溫度:%d.%d\r\n", data[2], data[3]);}delay_s(1);delay_ms(500);delay_ms(400);//保證上面程序運行的時間少于2S//應用程序喂狗:IWDG_ReloadCounter();}return 0;
}

注意：真正看門狗喂程序不應該放主函數當中，因為主函數運行的時間不可控制，而是應該將喂狗程序放在一個基本定時器當中，每隔固定時間進行喂狗。

例如下面使用定時器7，每隔1.8s喂狗源碼：

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

二、RTC（時鐘）

1、RTC概述

RTC（Real Time Clock，實時時鐘）是一種專門用于記錄時間的設備或模塊，通常作為計算機系統中的一部分存在。其本質是一個計數器，以秒為單位進行計數，可以提供精確的時間信息，并且具有以下特性：

提供時間信息： RTC能夠提供當前的時間，通常以秒鐘數的形式表示，但也可以提供更精細的時間分辨率，如毫秒或微秒級別。

持久性： RTC具有持久性，即在MCU（Microcontroller Unit，微控制器單元）掉電后（主電源）仍然能夠繼續運行（依靠紐扣電池，也就說紐扣電池給RTC進行供電），因此能夠確保時間信息的連續性和準確性。

低功耗： RTC通常具有低功耗特性，以確保在長時間內使用時消耗的能量較少，這對于依靠電池供電的應用尤為重要，因為它可以延長電池的使用壽命。

總的來說，RTC在許多應用中扮演著關鍵的角色，特別是在需要準確記錄時間并且需要在掉電后繼續運行的場景下，如數據記錄、日志記錄、定時任務等。

????STM32 的 RTC 外設，實質是一個掉電后還繼續運行的定時器。RTC是個獨立的BCD定時器/計數器。提供一個日歷時鐘，兩個可編程鬧鐘中斷，以及一個具有中斷功能的周期性可編程喚醒標志。RTC還包含用于管理低功耗模式的自動喚醒單元。

兩個32位寄存器包含二進碼十進制格式(BCD)的秒，分鐘，小時（12或24小時制），星期幾，日期，月份和年份。此外，還可以提供二進制的亞秒值。系統可以自動將月份的天數補償為28，29（閏年），30,31天。并且還可以進行夏令時補償。

STM32F4 的 RTC 時鐘源（ RTCCLK ）通過時鐘控制器，可以從 LSE 時鐘、 LSI 時鐘以及 HSE 時鐘三者中選擇（通過 RCC_BDCR 寄存器選擇）。一般我們選擇 LSE ，即外部 32.768Khz 晶振作為時鐘源 (RTCCLK) ，而 RTC 時鐘核心，要求提供 1Hz 的時鐘，所以，我們要設置 RTC 的可編程預分配器。STM32F4 的可編程預分配器（RTC_PRER）分為 2 個部分：

1，一個通過 RTC_PRER 寄存器的 PREDIV_A 位配置的 7 位異步預分頻器。

異步預分頻需要設置為:0x7f (127則是128分頻)

2，一個通過 RTC_PRER 寄存器的 PREDIV_S 位配置的 15 位同步預分頻器。

同步預分頻需要設置為:0xFF (255則是256分頻)

BCD碼
BCD碼（Binary-Coded Decimal）是一種用二進制編碼表示十進制數的編碼方式1.BCD碼的分類：
有權碼?：如8421碼、2421碼、5421碼，每個二進制位有固定的權值。
?無權碼?：如余3碼、余3循環碼、格雷碼，每個編碼中的1和0沒有確切的權值。最常見的是8421碼

選擇外部時鐘源，當主時鐘發生故障時，RTC還能正常運行；且當主電源發生故障，RTC由鈕扣電池進行獨立供電

紐扣電池供電電路，紐扣電池供電由PWR外設進行管理

紐扣電池實物圖

紐扣電池電路圖

2、RTC時間與日期配置流程

1、使能PWR時鐘：RCC_APB1PeriphClockCmd();

2、使能后備寄存器訪問: ??PWR_BackupAccessCmd();

3、配置RTC時鐘源，使能RTC時鐘：

??????RCC_RTCCLKConfig();

??????RCC_RTCCLKCmd();

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

4、初始化RTC(同步/異步分頻系數和時鐘格式)：RTC_Init ();

5、設置時間：RTC_SetTime ();

6、設置日期：RTC_SetDate()；

后備寄存器是一種掉電后可保存數據的寄存器。
uint32_t RTC_ReadBackupRegister(uint32_t RTC_BKP_DR)//讀后備寄存器
void RTC_WriteBackupRegister(uint32_t RTC_BKP_DR, uint32_t Data)//寫入后備寄存器

RTC日期時間例子源碼：

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

3、RTC鬧鐘

STM32有兩個鬧鐘，分別鬧鐘A與鬧鐘B.

RTC 中斷：所有 RTC 中斷均與 EXTI（外部中斷控制）?控制器相連。

要使能 RTC 鬧鐘中斷，需按照以下順序操作：

1. 將 EXTI 線 17 配置為中斷模式并將其使能，然后選擇上升沿有效。

2. 配置 NVIC 中的 RTC_Alarm IRQ 通道并將其使能。

3. 配置 RTC 以生成 RTC 鬧鐘（鬧鐘 A 或鬧鐘 B）。?

鬧鐘A配置流程

1、RTC時間已經初始化好相關參數。

2、關閉鬧鐘：RTC_AlarmCmd(RTC_Alarm_A,DISABLE);

3、配置鬧鐘參數：RTC_SetAlarm();

4、開啟配置鬧鐘中斷：

????

?????EXTI_Init();

?????NVIC_Init();

RTC_ITConfig();

5、開啟鬧鐘：RTC_AlarmCmd(RTC_Alarm_A,ENABLE);

6、編寫中斷服務函數：RTC_Alarm_IRQHandler();

可通過下面函數判斷是哪個鬧鐘發生響應

FlagStatus RTC_GetFlagStatus(uint32_t RTC_FLAG)//獲取標志位

RTC鬧鐘例子：

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

4、實驗效果

時間設置

        RTC_TimeStruct.RTC_H12        = RTC_H12_PM; //下午，在24小時制時，這個參數是無用RTC_TimeStruct.RTC_Hours    = 9; //時RTC_TimeStruct.RTC_Minutes    = 16; //分RTC_TimeStruct.RTC_Seconds    = 10; //秒//RTC_Format_BIN,寫10進制，硬件自動轉換為2進制進行存儲RTC_SetTime (RTC_Format_BIN, &RTC_TimeStruct);

鬧鐘A的設置時間1后

    //鬧鐘時間設置RTC_AlarmTime.RTC_H12        = RTC_H12_AM; //上午，在24小時制時，這個參數是無用RTC_AlarmTime.RTC_Hours        = 9; //時RTC_AlarmTime.RTC_Minutes    = 17; //分RTC_AlarmTime.RTC_Seconds    = 10; //秒

5、掩碼位理解

掩碼位：對某個位屏蔽，可以理解為忽略這個操作
在代碼中：RTC_AlarmStruct.RTC_AlarmMask            = RTC_AlarmMask_Hours;  //表示鬧鐘A有小時掩碼位
如設置的時間：9：55：10，接下來，忽略了小時，也就每隔小時的55分10秒都會響應響應，一天有24個鬧鐘。

三、函數說明

//1
void IWDG_WriteAccessCmd(uint16_t IWDG_WriteAccess);
函數功能：是否使能 IWDG_PR and IWDG_RLR寄存器
返回值：無
uint16_t IWDG_WriteAccess：是否使能
IWDG_WriteAccess_Enable 
IWDG_WriteAccess_Disable//2
void IWDG_SetPrescaler(uint8_t IWDG_Prescaler)
函數功能：設置看門預分頻器
返回值：無
uint8_t IWDG_Prescaler：分頻系數
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)
函數功能：設置重載值
返回值：無
uint16_t Reload：重載值寄存器的值，范圍：0~0xFFF//4
void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t RCC_RTCCLKSource)
函數功能：RTC時鐘源配置
返回值：無
uint32_t RCC_RTCCLKSource：時鐘源選擇
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);
函數功能：RTC設置
返回值
成功：SUCCESS
失敗：ERROR
RTC_InitTypeDef* RTC_InitStruct：RTC結構體
typedef struct
{uint32_t RTC_HourFormat;   //小時制選擇uint32_t RTC_AsynchPrediv; //異步通道分頻器uint32_t RTC_SynchPrediv;  //同步通道分頻器
}RTC_InitTypeDef;//6
ErrorStatus RTC_SetTime(uint32_t RTC_Format, RTC_TimeTypeDef* RTC_TimeStruct);
函數功能：RTC時間設置
返回值
成功：SUCCESS
失敗：ERROR
uint32_t RTC_Format：存儲格式
RTC_Format_BIN：二進制存儲
RTC_Format_BCD：BCD編碼存儲
RTC_TimeTypeDef* RTC_TimeStruct：時間結構體
typedef struct
{uint8_t RTC_Hours;    //時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);
函數功能：RTC日期設置
返回值
成功：SUCCESS
失敗：ERROR
uint32_t RTC_Format：存儲格式
RTC_Format_BIN：二進制存儲
RTC_Format_BCD：BCD編碼存儲RTC_DateTypeDef* RTC_DateStruct:日期結構體
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)
函數說明：鬧鐘設置
返回值：無
uint32_t RTC_Format：存儲格式
RTC_Format_BIN：二進制存儲
RTC_Format_BCD：BCD編碼存儲
uint32_t RTC_Alarm：選擇鬧鐘
RTC_Alarm_A：鬧鐘A
RTC_Alarm_B：鬧鐘BRTC_AlarmTypeDef* RTC_AlarmStruct:鬧鐘結構體typedef struct
{RTC_TimeTypeDef RTC_AlarmTime;     //時間設置uint32_t RTC_AlarmMask;            //掩碼位uint32_t RTC_AlarmDateWeekDaySel;  //選擇日期還是星期設置鬧鐘uint8_t RTC_AlarmDateWeekDay;      //日期還是星期
}RTC_AlarmTypeDef;//時間設置的結構體
typedef struct
{uint8_t RTC_Hours;    //時uint8_t RTC_Minutes;  //分uint8_t RTC_Seconds;  //秒uint8_t RTC_H12;      //上/下午
}RTC_TimeTypeDef;