STM32——RTC实时时钟

文章目录

  • Unix时间戳
    • UTC/GMT
  • 时间戳转换
  • BKP简介
  • BKP基本结构
  • 读写BKP备份寄存器
    • 电路设计
    • 关键代码
  • RTC简介
  • RTC框图
  • RTC基本结构
  • 硬件电路
  • RTC操作注意事项
  • 读写实时时钟
    • 电路设计
    • 关键代码

Unix时间戳

  • Unix 时间戳（Unix Timestamp）定义为从UTC/GMT的1970年1月1日0时0分0秒开始所经过的秒数，不考虑闰秒
  • 时间戳存储在一个秒计数器中，秒计数器为32位/64位的整型变量
  • 世界上所有时区的秒计数器相同，不同时区通过添加偏移来得到当地时间
  • 底层使用秒计数器可以节省硬件设计电路，计算时间间隔，存储方便

在这里插入图片描述

UTC/GMT

  • GMT（Greenwich Mean Time）格林尼治标准时间是一种以地球自转为基础的时间计量系统。它将地球自转一周的时间间隔等分为24小时，以此确定计时标准

  • UTC（Universal Time Coordinated）协调世界时是一种以原子钟为基础的时间计量系统。它规定铯133原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间为1秒。当原子钟计时一天的时间与地球自转一周的时间相差超过0.9秒时，UTC会执行闰秒来保证其计时与地球自转的协调一致

时间戳转换

C语言的time.h模块提供了时间获取和时间戳转换的相关函数，可以方便地进行秒计数器、日期时间和字符串之间的转换

在这里插入图片描述

  • time_t 是int64数据类型
  • struct tm 这是一个用来保存时间和日期的结构。
struct tm {
   int tm_sec;         /* 秒，范围从 0 到 59        */
   int tm_min;         /* 分，范围从 0 到 59        */
   int tm_hour;        /* 小时，范围从 0 到 23        */
   int tm_mday;        /* 一月中的第几天，范围从 1 到 31    */
   int tm_mon;         /* 月，范围从 0 到 11        */
   int tm_year;        /* 自 1900 年起的年数        */
   int tm_wday;        /* 一周中的第几天，范围从 0 到 6    */
   int tm_yday;        /* 一年中的第几天，范围从 0 到 365    */
   int tm_isdst;       /* 夏令时                */
};

在这里插入图片描述

在线工具：在线时间戳转换工具

菜鸟教程：C 标准库 - <time.h>

localtime和mktime的实例：
在这里插入图片描述

注意：mktime的参数不加const，因为该参数既是输入参数也是输出参数，因为计算出星期后会填写回去

strftime函数：按照格式输出

在这里插入图片描述

BKP简介

  • BKP（Backup Registers）备份寄存器【需要VBAT引脚供电才能维持，掉电会清零，即使主电源掉电、系统复位也不会清零】【本质是RAM存储器，掉电丢失】
  • BKP可用于存储用户应用程序数据。当VDD（2.0~3.6V）电源被切断，他们仍然由VBAT（1.8~3.6V）维持供电。当系统在待机模式下被唤醒，或系统复位或电源复位时，他们也不会被复位【VBAT和VDD共地即可】
  • TAMPER引脚产生的侵入事件【电平检测】将所有备份寄存器BKP内容清除，会申请中断【VDD断电也会工作】
  • RTC引脚输出RTC校准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲【引脚2同一个时间内只能使用一个功能】
  • 存储RTC时钟校准寄存器
  • 用户数据存储容量：
    • 20字节（中容量和小容量）/ 84字节（大容量和互联型）

在这里插入图片描述

BKP基本结构

在这里插入图片描述
当VDD有电时就使用VDD供电，没有时则使用功能VBAT供电

读写BKP备份寄存器

电路设计

在这里插入图片描述

关键代码

Key.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"

void Key_Init(void)
{
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_11;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}

uint8_t Key_GetNum(void)
{
	uint8_t KeyNum = 0;
	if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0)
	{
		Delay_ms(20);
		while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_1) == 0);
		Delay_ms(20);
		KeyNum = 1;
	}
	if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0)
	{
		Delay_ms(20);
		while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_11) == 0);
		Delay_ms(20);
		KeyNum = 2;
	}
	
	return KeyNum;
}

Key.h

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H

void Key_Init(void);
uint8_t Key_GetNum(void);

#endif

main.c

按下按键，写入备份寄存器，然后再读出来

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Key.h"

uint8_t KeyNum;

uint16_t ArrayWrite[] = {0x1234, 0x5678};
uint16_t ArrayRead[2];

int main(void)
{
	OLED_Init();
	Key_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "W:");
	OLED_ShowString(2, 1, "R:");
	
	//开启PWR和BKP时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
	//在pwrd的库函数中，备份寄存器访问使能，设置PWR_CR的DBP，使能对BKP和RTC的访问
	PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
	
	while (1)
	{
		KeyNum = Key_GetNum();
		
		if (KeyNum == 1)
		{
			ArrayWrite[0] ++;
			ArrayWrite[1] ++;
			
			BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, ArrayWrite[0]);//写备份寄存器
			BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR2, ArrayWrite[1]);
			
			OLED_ShowHexNum(1, 3, ArrayWrite[0], 4);
			OLED_ShowHexNum(1, 8, ArrayWrite[1], 4);
		}
		
		ArrayRead[0] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1);//读备份寄存器
		ArrayRead[1] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR2);
		
		OLED_ShowHexNum(2, 3, ArrayRead[0], 4);
		OLED_ShowHexNum(2, 8, ArrayRead[1], 4);
	}
}

RTC简介

  • RTC（Real Time Clock）实时时钟
  • RTC是一个独立的定时器，可为系统提供时钟和日历的功能
  • RTC和时钟配置系统处于后备区域，系统复位时数据不清零，VDD（2.0~3.6V）断电后可借助VBAT（1.8~3.6V）供电继续走时【和BKP一样，属于后备区域】
  • 32位的可编程计数器，可对应Unix时间戳的秒计数器【简化电路设计】
  • 20位的可编程预分频器，可适配不同频率的输入时钟【变成1Hz频率】
  • 可选择三种RTC时钟源（PTCCLK）：
    • HSE时钟除以128（通常为8MHz/128）
    • LSE振荡器时钟（通常为32.768KHz）【经过15位分频器自然溢出得到1hz频率】
    • LSI振荡器时钟（40KHz）

RTC 复位和主电源掉电后，数据不丢失是BKP来实现的

注意：整个stm32有四个时钟源

  • HSE =高速外部时钟信号
  • HSI = 高速内部时钟信号
  • LSl=低速内部时钟信号【低速时钟供RTC和看门狗】
  • LSE =低速外部时钟信号【低速时钟供RTC和看门狗】

RTC框图

在这里插入图片描述

  • 灰色区域属于后备区域，待机时会供电
  • RTC_ALR是闹钟，当值与RTC_CNT相同时会产生信号，让stm退出待机
  • 中断信号有三种：秒中断、计数器溢出中断（2106年中断）、闹钟中断
  • 闹钟信号和wkup引脚都可以唤醒设备（10引脚）
    在这里插入图片描述
  • stm32芯片框图，常用32.768KHz，其他两路都是备用方案，主要工作是给系统主时钟和看门狗使用。且中间分频器是可以通过VBAT供电，而另外两路在掉电后时钟会暂停

RTC基本结构

在这里插入图片描述

  • 余数寄存器是一个自减计数器，存储当前计数值
  • 重装寄存器是计数目标，决定分频值

硬件电路

在这里插入图片描述

stm内部供电方案中设计了供电开关，有VDD用VDD，没有则用VBAT
在这里插入图片描述
stm32自带RTC晶振电路，如图所示是32.768KHz和8MHz的晶振
在这里插入图片描述

RTC操作注意事项

  • 执行以下操作将使能对BKP和RTC的访问：【初始化要完成如下操作】
    • 设置RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN，使能PWR和BKP时钟
    • 设置PWR_CR的DBP，使能对BKP和RTC的访问
  • 若在读取RTC寄存器时，RTC的APB1接口曾经处于禁止状态，则软件首先必须等待RTC_CRL寄存器中的RSF位（寄存器同步标志）被硬件置1【等待同步】
    • PCLK1和RTCCLK两个时钟频率不一致，PCLK1在掉电后会停止，如果使用APB1总线开启就去读RTC的值会读到0，需要等待RTC_CNT内有值
  • 必须设置RTC_CRL寄存器中的CNF位，使RTC进入配置模式后，才能写入RTC_PRL、RTC_CNT、RTC_ALR寄存器
  • 对RTC任何寄存器的写操作，都必须在前一次写操作结束后进行。可以通过查询RTC_CR寄存器中的RTOFF状态位，判断RTC寄存器是否处于更新中。仅当RTOFF状态位是1时，才可以写入RTC寄存器【等待上一步完成】

上述注意事项涉及到如下的框图：
在这里插入图片描述

PCLK1和RTCCLK两个时钟频率不一致，这会导致读取和写入操作不能立刻在寄存器中，需要通过RTC_CRL寄存器的RSF和CNF位去判断在RTCCLK频率下内部电路是否完成了数据的变动。

读写实时时钟

电路设计

在这里插入图片描述

关键代码

MyRTC.c

库函数在rcc和rtc里面

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <time.h>//编译器内置的库函数

uint16_t MyRTC_Time[] = {2023, 1, 1, 23, 59, 55};

void MyRTC_SetTime(void);

void MyRTC_Init(void)
{
	//开启PWR和BKP时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
	//在pwrd的库函数中，备份寄存器访问使能，设置PWR_CR的DBP，使能对BKP和RTC的访问
	PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
	
	//复位的时候RTC计数器会清零，通过BKP的寄存器可以判断是否使用备用电源，如果使用则RTC始终不用重新初始化
	if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5)
	{
		RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);//开启LSE
		//LSE开启之后不是立马就工作，需要判断一下标志位
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) != SET);
		
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);//选择RTCCLK时钟为LSE
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);//使能
		//可加可不加下面2行
		RTC_WaitForSynchro();//等待同步
		RTC_WaitForLastTask();//等待上一次操作完成
		
		RTC_SetPrescaler(32768 - 1);//设置预分频的值、该函数内部会调用RTC_EnterConfigMode（）和退出配置的代码，设置RTC_CRL寄存器中的CNF位，此时RTC寄存器都可以被使用
		RTC_WaitForLastTask();//等待上一次操作完成
		
		MyRTC_SetTime();
		
		BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5);
	}
	else
	{
		RTC_WaitForSynchro();//等待同步
		RTC_WaitForLastTask();//等待上一次操作完成
	}
}

//如果LSE无法起振导致程序卡死在初始化函数中
//可将初始化函数替换为下述代码，使用LSI当作RTCCLK
//LSI无法由备用电源供电，故主电源掉电时，RTC走时会暂停
/* 
void MyRTC_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
	
	PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
	
	if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5)
	{
		RCC_LSICmd(ENABLE);
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) != SET);//LSI是40khz，预分频系数为40000-1
		
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
		
		RTC_WaitForSynchro();
		RTC_WaitForLastTask();
		
		RTC_SetPrescaler(40000 - 1);
		RTC_WaitForLastTask();
		
		MyRTC_SetTime();
		
		BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5);
	}
	else
	{
		RCC_LSICmd(ENABLE);
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) != SET);
		
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
		
		RTC_WaitForSynchro();
		RTC_WaitForLastTask();
	}
}*/

void MyRTC_SetTime(void)
{
	time_t time_cnt;
	struct tm time_date;
	
	time_date.tm_year = MyRTC_Time[0] - 1900;
	time_date.tm_mon = MyRTC_Time[1] - 1;
	time_date.tm_mday = MyRTC_Time[2];
	time_date.tm_hour = MyRTC_Time[3];
	time_date.tm_min = MyRTC_Time[4];
	time_date.tm_sec = MyRTC_Time[5];
	//mktime始终是0时区
	time_cnt = mktime(&time_date) - 8 * 60 * 60;
	
	RTC_SetCounter(time_cnt);//写入CNT计数器
	RTC_WaitForLastTask();//等待上一次操作完成
}

void MyRTC_ReadTime(void)
{
	time_t time_cnt;
	struct tm time_date;
	
	time_cnt = RTC_GetCounter() + 8 * 60 * 60;//RTC_GetCounter读取秒计数器
	//因为是东八区，多了8*60*60秒
	
	time_date = *localtime(&time_cnt);//stm32内置的库函数弃用gmtime函数，只用localtime，同时该函数不能确定时区，始终是0时区
	
	MyRTC_Time[0] = time_date.tm_year + 1900;
	MyRTC_Time[1] = time_date.tm_mon + 1;
	MyRTC_Time[2] = time_date.tm_mday;
	MyRTC_Time[3] = time_date.tm_hour;
	MyRTC_Time[4] = time_date.tm_min;
	MyRTC_Time[5] = time_date.tm_sec;
}

MyRTC.h

#ifndef __MYRTC_H
#define __MYRTC_H

extern uint16_t MyRTC_Time[];

void MyRTC_Init(void);
void MyRTC_SetTime(void);
void MyRTC_ReadTime(void);

#endif

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MyRTC.h"

int main(void)
{
	OLED_Init();
	MyRTC_Init();
	
	OLED_ShowString(1, 1, "Date:XXXX-XX-XX");
	OLED_ShowString(2, 1, "Time:XX:XX:XX");
	OLED_ShowString(3, 1, "CNT :");
	OLED_ShowString(4, 1, "DIV :");
	
	while (1)
	{
		MyRTC_ReadTime();
		//显示日期
		OLED_ShowNum(1, 6, MyRTC_Time[0], 4);
		OLED_ShowNum(1, 11, MyRTC_Time[1], 2);
		OLED_ShowNum(1, 14, MyRTC_Time[2], 2);
		//显示时间
		OLED_ShowNum(2, 6, MyRTC_Time[3], 2);
		OLED_ShowNum(2, 9, MyRTC_Time[4], 2);
		OLED_ShowNum(2, 12, MyRTC_Time[5], 2);
		
		OLED_ShowNum(3, 6, RTC_GetCounter(), 10);
		OLED_ShowNum(4, 6, RTC_GetDivider(), 10);//RTC_GetDivider可以获取更加精细的时间
	}
}

参考视频：江科大自化协

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