【STM32】RTC实时时钟

news2024/9/22 19:29:44

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。