【STM32】RTC实时时钟-编程知识

1 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

（1）简化硬件电路；（2）方便计算时间间隔；（3）存储方便。

（1）占用软件资源；

时间戳工具：时间戳(Unix timestamp)转换工具 - 在线工具

1.1 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

1.2 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

函数	作用
time_t time(time_t*);	获取系统时钟
*struct tm gmtime(const time_t);*	秒计数器转换为日期时间（格林尼治时间）
*struct tm localtime(const time_t);*	秒计数器转换为日期时间（当地时间）
*time_t mktime(struct tm);**	日期时间转换为秒计数器（当地时间）
char* ctime(const time_t*);	秒计数器转换为字符串（默认格式）
char* asctime(const struct tm*);	日期时间转换为字符串（默认格式）
size_t strftime(char, size_t, const char, const struct tm*);	日期时间转换为字符串（自定义格式）

2 BKP简介

BKP（Backup Registers）备份寄存器

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

TAMPER引脚产生的侵入事件将所有备份寄存器内容清除

RTC引脚输出RTC校准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲

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）

2.1 BKP基本结构

后备区域：主电源断电时，仍然可以由VBAT的备用电池供电。当主电源上电时，后备区域的供电会由VBAT切换到VDD。

BKP主要有数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器、RTC时钟校准寄存器。数据寄存器用来存储数据，每个数据寄存器16位；小容量10个寄存器（一个寄存器存两个字节，加起来就是20个字节）。

还有侵入检测、时钟输出等（公用一个引脚）

3 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）

32位的可编程计数器，可对应Unix时间戳的秒计数器

20位的可编程预分频器，可适配不同频率的输入时钟

可选择三种RTC时钟源：

HSE时钟除以128（通常为8MHz/128）

LSE振荡器时钟（通常为32.768KHz）

LSI振荡器时钟（40KHz）

HSE=高速外部时钟信号

HSl =高速内部时钟信号

LSl =低速内部时钟信号

LSE=低速外部时钟信号

高速时钟一般供内部程序运行和主要外设使用；

低速时钟一般供RTC、看门狗使用。

32.768KHz一般是提供给RTC的

只有中间的LSE可以通过备用电池供电。

3.1 RTC框图

左边是核心的、分频和计数计时部分；右边是中断输出使能和NVIC部分；上面是APB1总线读写部分；下面是和PWR相关的部分。图中灰色填充都处于后备区域。

首先看分频和计数计时部分。输入时钟是RTCCLK（可以选择上述三种，主要选择LSE振荡器时钟），进来的频率需要进行RTC预分频器进行分频；上面是重装载寄存器RTC_PRL，下面是余数寄存器RTC_DIV（和计数器那章的计数器CNT，重装值ARR一样的作用），PRL是计数目标（写入6就是7分频），下面的DIV就是每来一个时钟机一个数的作用了，不同的是DIV是自减计数器。

计数计数部分：32位可编程计数器RTC_CNT是核心部分，RTC_ALR闹钟计数器。两者一样时，闹钟响了，产生RTC_Alarm闹钟信号，通往右边的中断系统；闹钟还可以将STM32从待机模式唤醒。闹钟值是定值，只能响一次，下次想使用就得重新设置。

右侧是中断部分，有三个信号可以触发中断：RTC_SEcond秒中断（来源是CNT的输入时钟）；RTC_Overflow溢出中断（来源是CNT的右边，CNT计满溢出了会触发一次中断）；RTC_Alarm闹钟中断（计数器和闹钟值相等时，触发中断，可以把设备从待机模式唤醒）。F（Flag）结尾的是中断标志位，IE（Interrupt Enable）结尾的是中断使能，三个信号通过或门进入NVIC中断控制器。

最后下面退出待机模式，还有WKUP（Weak Up）引脚，闹钟信号和WKUP信号都可以唤醒设备。

3.2 RTC基本结构

左边是RTCCLK时钟来源，这里需要在RCC里面配置，三选一。之后RTCCLK通过预分频器对时钟进行分频；余数寄存器是一个自减计数器，存储当前的计数值；重装寄存器是计数目标，决定分频值，分频之后得到1Hz的秒计数信号，通向32位计数器CNT，一秒自增一次，下面的32位闹钟值可以设置闹钟；右边有3个信号可以触发中断，分别是秒信号、计数溢出信号、闹钟信号，三个信号通过中断输出控制，进行中断使能，使能的中断才可以通向NVIC，然后向CPU申请中断。

配置数据选择器可以配置时钟来源；配置重装寄存器可以选择分频系数；配置32位计数器可以进行日期时间的读写；需要闹钟的话，配置32位闹钟即可；需要中断先允许中断，再配置NVIC，最后写对应的中断函数即可。

3.3 硬件电路

备用电池供电（推荐连接）、外部低速晶振

3.4 RTC操作注意事项

执行以下操作将使能对BKP和RTC的访问：

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

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

手册

4 读写备份寄存器

4.1 接线图

思路是先初始化，然后写DR，读DR

注意事项

执行以下操作将使能对BKP和RTC的访问：

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

4.2 模块封装

BKP相关的库函数

// 恢复缺省配置
void BKP_DeInit(void);void BKP_TamperPinLevelConfig(uint16_t BKP_TamperPinLevel);
void BKP_TamperPinCmd(FunctionalState NewState);// 中断配置
void BKP_ITConfig(FunctionalState NewState);
// 时钟输出功能的配置
void BKP_RTCOutputConfig(uint16_t BKP_RTCOutputSource);// 设置RTC校准值
void BKP_SetRTCCalibrationValue(uint8_t CalibrationValue);// 写备份寄存器
void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data);
// 读备份寄存器
uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR);// 获取状态/清空状态
FlagStatus BKP_GetFlagStatus(void);
void BKP_ClearFlag(void);
ITStatus BKP_GetITStatus(void);
void BKP_ClearITPendingBit(void);

PWR库函数

// 备份寄存器访问使能， 设置PWR_CR的DBP，使能对BKP和RTC的访问
void PWR_BackupAccessCmd(FunctionalState NewState);

测试

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"int main()
{OLED_Init();								// 初始化OLED// 1初始化：分两步// (1)设置RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN，使能PWR和BKP时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);			// 开启PWR的时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);			// 开启BKP的时钟// (2)设置PWR_CR的DBP，使能对BKP和RTC的访问PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);// 写入,中小容量BKP_DR1范围在1~10BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0x1234);// 读出uint16_t data = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1);OLED_ShowHexNum(1, 1, data, 4);while (1){}
}

OLED显示1234

是不是断电不丢失呢，继续测试

注释掉写入的代码/复位/主电源断电，读取都是1234

完整测试

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Key.h"// 写入和读出数组
uint16_t arrayWrite[] = {0x1234, 0x5678};
uint16_t arrayRead[2];uint8_t keyNum;int main()
{OLED_Init();								// 初始化OLEDKEY_Init();									// 初始化按键OLED_ShowString(1, 1, "W:");OLED_ShowString(2, 1, "R:");// 1初始化：分两步// (1)设置RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN，使能PWR和BKP时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);			// 开启PWR的时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);			// 开启BKP的时钟// (2)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]++;// 写数据BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, arrayWrite[0]);BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR2, arrayWrite[1]);// 显示OLED_ShowHexNum(1, 3, arrayWrite[0], 4);OLED_ShowHexNum(1, 8, arrayWrite[1], 4);}// 读数据arrayRead[0] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1);arrayRead[1] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR2);// 显示OLED_ShowHexNum(2, 3, arrayRead[0], 4);OLED_ShowHexNum(2, 8, arrayRead[1], 4);}
}

现象：按键按下一次，数据自增一次并显示在OLED上。

5 实时时钟

5.1 接线图

5.2 模块封装

按这个图来配置

RCC时钟部分的库函数

// 配置LSE外部低速时钟
void RCC_LSEConfig(uint8_t RCC_LSE);
// 配置LSI内部低速时钟
void RCC_LSICmd(FunctionalState NewState);
// RTCCLK配置，选择时钟源
void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t RCC_RTCCLKSource);
// RTCCLK使能
void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState);
// 获取标志位
FlagStatus RCC_GetFlagStatus(uint8_t RCC_FLAG);

RTC库函数

// 配置中断输出
void RTC_ITConfig(uint16_t RTC_IT, FunctionalState NewState);
// 进入配置模式
void RTC_EnterConfigMode(void);
// 退出配置模式
void RTC_ExitConfigMode(void);
// 获取CNT计数器
uint32_t  RTC_GetCounter(void);
// 设置CNT的值
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue);
// 写入预分频器
void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);
// 写入闹钟
void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue);
// 获取余数寄存器，自减计数器
uint32_t  RTC_GetDivider(void);
// 等待上次操作完成
void RTC_WaitForLastTask(void);
// 等待同步
void RTC_WaitForSynchro(void);
// 获取/清除标志位
FlagStatus RTC_GetFlagStatus(uint16_t RTC_FLAG);
void RTC_ClearFlag(uint16_t RTC_FLAG);
ITStatus RTC_GetITStatus(uint16_t RTC_IT);
void RTC_ClearITPendingBit(uint16_t RTC_IT);

MyRTC.h

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <time.h>uint16_t myRTC_Time[] = {2023, 1, 1, 23, 59, 55};// 初始化
void MyRTC_Init(void)
{// 1初始化：分两步// (1)设置RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN，使能PWR和BKP时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);			// 开启PWR的时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);			// 开启BKP的时钟// (2)设置PWR_CR的DBP，使能对BKP和RTC的访问PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);// 防止重复初始化和时间重置。在BKP_DR1写入0xA5A5，如果备用电池不断电，则BKP_DR1中还是0xA5A5if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5){// 2启动RTC的时钟，使用LSE作为系统时钟，需要开启LSE的时钟（默认是关闭的），等待启动完成RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) != SET);// 3配置RTCCLK数据选择器，指定LSE为RTCCLKRCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);			// 32768HzRCC_RTCCLKCmd(ENABLE);// 4等待函数，等待同步；等待上一次写入操作完成RTC_WaitForSynchro();RTC_WaitForLastTask();// 5配置预分频器，给PRL重装寄存器一个合适的分频值（确保输出是1Hz）// 需要进入配置模式，但是不用写代码RTC_SetPrescaler(32768 - 1);RTC_WaitForLastTask();// 6配置CNT的值，闹钟/中断RTC_SetCounter(1672588795);				// 2023-1-1 23:59:55//	MyRTC_SetTime();RTC_WaitForLastTask();// CNT的值就会以1672588795这个值开始，以1s的频率开始自增，读取CNT的值就能获取时间了// 在寄存器BKP_DR1写入0xA5A5BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5);}else{RTC_WaitForSynchro();RTC_WaitForLastTask();}
}// 设置时间，把数组的时间转换为秒数，写到CNT中
void MyRTC_SetTime(void)
{time_t time_cnt;struct tm time_date;// 填充时间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];// 日期时间到秒数的转换，北京时间-8time_cnt = mktime(&time_date) - 8 * 60 * 60;// 把指定的秒数写入到CNT中RTC_SetCounter(time_cnt);	RTC_WaitForLastTask();
}// 读取时间的函数
void MyRTC_ReadTime(void)
{time_t time_cnt;struct tm time_date;// 获取秒数，北京时间+8time_cnt = RTC_GetCounter() + 8 * 60 * 60;// 得到日期time_date = *localtime(&time_cnt);// 日期时间转移到数组里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;
}

5.3 主函数

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MyRTC.h"int main()
{OLED_Init();								// 初始化OLEDMyRTC_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:");				// 余数计数器while (1){MyRTC_ReadTime();OLED_ShowNum(1, 6, myRTC_Time[0], 4);			// 年OLED_ShowNum(1, 11, myRTC_Time[1], 2);			// 月OLED_ShowNum(1, 14, myRTC_Time[2], 2);			// 日OLED_ShowNum(2, 6, myRTC_Time[3], 2);			// 时OLED_ShowNum(2, 9, myRTC_Time[4], 2);			// 分OLED_ShowNum(2, 12, myRTC_Time[5], 2);			// 秒OLED_ShowNum(3, 6, RTC_GetCounter(), 10);		// 显示CNT的值OLED_ShowNum(4, 6, RTC_GetDivider(), 10);		// 显示DIV的值 范围32767~0
//		OLED_ShowNum(4, 6, (32767 - RTC_GetDivider()) / 32767.0 * 999, 10);        // 显示DIV的值。显示毫秒0-999}
}

现象