stm32入门学习13-时钟RTC

news2024/9/23 23:27:23

（一）时钟RTC

stm32内部集成了一个秒计数器RTC，用于显示我们日常的时间，如日期年月日，时分秒等，RTC的主要原理就是进行每秒自增，如果我们知道开始记秒的开始时间，就可以计算现在的日期，但是这不需要我们计算，我们只要调用C语言库函数即可自动完成秒数到日常时间或日常时间到秒数的转换，如果只是实现秒自增的功能，那么内部任何一个计数器都可以实现，但是时钟RTC与其他计数器不同的是其可以使用备用电源保持工作，在最小板供电停止时如果有备用电源其会继续工作；这里的备用电源供电引脚为stm32最小板的1好引脚，标注为VBT；

（二）备份寄存器BKP

和时钟RTC一样，备份寄存器BKP可以在备用电源供电时保持数据不丢失，但是其却不能在备用电源和主电源同时断电时候还保持掉电不丢失，这里使用BKP主要是为了给时钟判断是否需要初始化，如果备用电源没有断开，RTC依旧在工作，那么在主电源重新供电的时候时钟就不需要初始化，直接读取其时钟值即可；

（三）RTC时钟和BKP备份寄存器

这里BKP主要是为了检测备用电源是否掉电的，我们的思路是在上电的时候在备份寄存器BKP上写入一个数据（不要写默认值0），如果备用电源没有断电，这个数据会一直保持，如果断电则会恢复为0，我们只要会初始化BKP和读写BKP即可，主要用到这几个函数

void BKP_WriteBackupRegister(uint16_t BKP_DR, uint16_t Data);
// 写入备份寄存器

uint16_t BKP_ReadBackupRegister(uint16_t BKP_DR);
// 读出备份寄存器

void RTC_WaitForLastTask(void);
// 等待上次任务完成，内部自带while循环和进入RTC的配置模式

void RTC_WaitForSynchro(void);
// 等待系统同步，自带while循环和进入RTC的配置模式

（1）BKP初始化

BKP初始化要初始BKP的时钟，还有电源管理模块的时钟RCC_APB1Periph_PWR，以便在使用备用电源时stm32可以进行电源管理进入待机模式，这些时钟都是APB1上的外设，因此我们要调动APB1的初始化函数

void rtc_bkp_init()
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
}

（2）RTC初始化

RTC不想其他外设一样用初始化结构体来进行初始化，我们要对每一步手动初始化，初始化流程图如下

首先要开启RTC的时钟并选择对应通道，然后要写入重装寄存器和预分频值以使得计数器实现每秒自增（即频率为1Hz），当然我们还要打开对应的电源控制

如果在主电源断开但备用电源没有断开时，RTC仍然会工作，但是主电源开始供电时，程序会重启，这时会再次调用RTC的初始化函数，这时不希望的，因此我们在BKP中写入一个标志位，如果该标志位没有清零，表示备用电源和主电源没有同时断电，这时我们就不需要重新对RTC进行初始化，我们在RTC初始化中加入if判断即可

void rtc_init()
{
	PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
	
	if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 1)
	{
		RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) != SET);
		
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
		
		RTC_WaitForSynchro();	// wait synchronization
		RTC_WaitForLastTask();	// wait write
		
		RTC_SetPrescaler(32768-1);
		RTC_WaitForLastTask();
		
		rtc_set_time(2024, 8, 9, 16, 7, 0);
	
		BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 1);
	}
}

由于RTC的时钟和系统时钟不是一个频率，在开启时钟后要等待时钟同步（synchronization），每次进行写操作时要等待上次任务完成；

这里选择的是外部低速时钟，其晶振为32.768KHz，因此要进行32768分频使其频率为1Hz

（3）设置和读取时间

我们可以从该时钟读取到的只有秒值，且要修改时间也只有输入对应时间的秒数才能修改，但是我们可以借助time库来计算我们常见的时间格式和对应秒数的转换，主要有两个函数和一个结构体

struct tm {
    int tm_sec;   /* seconds after the minute, 0 to 60
                     (0 - 60 allows for the occasional leap second) */
    int tm_min;   /* minutes after the hour, 0 to 59 */
    int tm_hour;  /* hours since midnight, 0 to 23 */
    int tm_mday;  /* day of the month, 1 to 31 */
    int tm_mon;   /* months since January, 0 to 11 */
    int tm_year;  /* years since 1900 */
    int tm_wday;  /* days since Sunday, 0 to 6 */
    int tm_yday;  /* days since January 1, 0 to 365 */
    int tm_isdst; /* Daylight Savings Time flag */
    union {       /* ABI-required extra fields, in a variety of types */
        struct {
            int __extra_1, __extra_2;
        };
        struct {
            long __extra_1_long, __extra_2_long;
        };
        struct {
            char *__extra_1_cptr, *__extra_2_cptr;
        };
        struct {
            void *__extra_1_vptr, *__extra_2_vptr;
        };
    };
};
// 时间结构体，对应秒、分、时、日、月、年、星期、天

extern _ARMABI time_t mktime(struct tm * /*timeptr*/) __attribute__((__nonnull__(1)));
// 将时间结构体转换为秒数，输入一个时间结构体指针输出其到1990年的秒数，结构体只要年月日即可

extern _ARMABI struct tm *localtime(const time_t * /*timer*/) __attribute__((__nonnull__(1)));
// 输入到1990年的秒数输出一个时间结构体指针

这里有一些规定与日常不合，这里的月是从0开始的，年是如今到1900年的年数，星期从星期天（0）开始

这里转换的是伦敦时间，要计算北京时间还要加上8小时（东八区），对应秒数加8*60*60

void rtc_set_time(unsigned int year, unsigned int month, unsigned int day, unsigned int hour, unsigned int min, unsigned int sec)
{
	struct tm timer;
	unsigned int counter;
	timer.tm_year = year-1900;
	timer.tm_mon = month-1;
	timer.tm_mday = day;
	timer.tm_hour = hour;
	timer.tm_min = min;
	timer.tm_sec = sec;
	counter = mktime(&timer);
	counter -= 8*60*60;
	RTC_SetCounter(counter);
	RTC_WaitForLastTask();
}
struct tm* rtc_read_time()
{
	struct tm* timer;
	unsigned int counter = RTC_GetCounter() + 8*60*60;
	timer = localtime(&counter);
	timer->tm_year += 1900;
	timer->tm_mon += 1;
	return timer;
}

（4）封装与声明

最终.c 和 .h文件如下

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <time.h>

void rtc_set_time(unsigned int year, unsigned int month, unsigned int day, unsigned int hour, unsigned int min, unsigned int sec);

void rtc_bkp_init()
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
}

void rtc_init()
{
	PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
	
	if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 1)
	{
		RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) != SET);
		
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
		
		RTC_WaitForSynchro();	// wait synchronization
		RTC_WaitForLastTask();	// wait write
		
		RTC_SetPrescaler(32768-1);
		RTC_WaitForLastTask();
		
		rtc_set_time(2024, 8, 9, 16, 7, 0);
	
		BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 1);
	}
}

void rtc_set_time(unsigned int year, unsigned int month, unsigned int day, unsigned int hour, unsigned int min, unsigned int sec)
{
	struct tm timer;
	unsigned int counter;
	timer.tm_year = year-1900;
	timer.tm_mon = month-1;
	timer.tm_mday = day;
	timer.tm_hour = hour;
	timer.tm_min = min;
	timer.tm_sec = sec;
	counter = mktime(&timer);
	counter -= 8*60*60;
	RTC_SetCounter(counter);
	RTC_WaitForLastTask();
}

struct tm* rtc_read_time()
{
	struct tm* timer;
	unsigned int counter = RTC_GetCounter() + 8*60*60;
	timer = localtime(&counter);
	timer->tm_year += 1900;
	timer->tm_mon += 1;
	return timer;
}
#ifndef __RTC_H__
#define __RTC_H__

void rtc_bkp_init(void);
void rtc_init(void);
void rtc_set_time(unsigned int year, unsigned int mon, unsigned int day, unsigned int hour, unsigned int min, unsigned int sec);
struct tm* rtc_read_time(void);

#endif

（四）主函数

只要在主函数进行对应初始化和调用读取函数即可，初始化已经包含了开始时间的设定，如果要重新设定开始时间，可以在初始化中更改，也可以在主函数中使用rtc_set_time函数来修改，但是要注意上电后stm32复位问题，应该和初始化一样加入备用电源是否断电的判断代码

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "rtc.h"
#include "OLED.h"
#include <time.h>

int main()
{
	struct tm* time_inf;
	OLED_Init();
	rtc_bkp_init();
	rtc_init();
	OLED_ShowString(1, 1, "time:");
	OLED_ShowString(2, 1, "xxxx-xx-xx");
	OLED_ShowString(3, 1, "xx:xx:xx");
	while(1)
	{
		time_inf = rtc_read_time();
		OLED_ShowNum(2, 1, time_inf->tm_year, 4);
		OLED_ShowNum(2, 6, time_inf->tm_mon, 2);
		OLED_ShowNum(2, 9, time_inf->tm_mday, 2);
		OLED_ShowNum(3, 1, time_inf->tm_hour, 2);
		OLED_ShowNum(3, 4, time_inf->tm_min, 2);
		OLED_ShowNum(3, 7, time_inf->tm_sec, 2);
	}
	return 0;
}

（五）总结

通过实现一个时钟，我们学习了RTC和BKP两个可以使用备用电源供电工作的外设，了解了计数器RTC的原理和备份寄存器BKP的原理，通过备份寄存器实现了RTC的掉电继续计时和数据不丢失

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