STM32实战总结：HAL之RTC

news2024/12/24 8:29:49

RTC基础知识参考：

51单片机内部外设：实时时钟(SPI)_路溪非溪的博客-CSDN博客

STM32中的RTC

51单片机通常是外置的RTC芯片如DS1302，那么STM32的RTC是什么情况呢？

STM32芯片自带RTC，因此不须像其他MCU需外接RTC模块。

先读一读单片机的数据手册。

实时时钟是一个独立的定时器。RTC模块拥有一组连续计数的计数器，在相应软件配置下，可提供时钟日历的功能。修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期。

RTC模块和时钟配置系统(RCC_BDCR寄存器)处于后备区域，即在系统复位或从待机模式唤醒后，RTC的设置和时间维持不变。 系统复位后，对后备寄存器和RTC的访问被禁止，这是为了防止对后备区域(BKP)的意外写操 作。执行以下操作将使能对后备寄存器和RTC的访问：

● 设置寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN位，使能电源和后备接口时钟

● 设置寄存器PWR_CR的DBP位，使能对后备寄存器和RTC的访问。

主要特性：

● 可编程的预分频系数：分频系数高为220。
● 32位的可编程计数器，可用于较长时间段的测量。
● 2个分离的时钟：用于APB1接口的PCLK1和RTC时钟(RTC时钟的频率必须小于PCLK1时钟 频率的四分之一以上)。
● 可以选择以下三种RTC的时钟源：
     ● HSE时钟除以128；
     ● LSE振荡器时钟；
     ● LSI振荡器时钟

● 2个独立的复位类型：
     ● APB1接口由系统复位；
     ● RTC核心(预分频器、闹钟、计数器和分频器)只能由后备域复位

● 3个专门的可屏蔽中断：
     ● 1.闹钟中断，用来产生一个软件可编程的闹钟中断。

     ● 2.秒中断，用来产生一个可编程的周期性中断信号(长可达1秒)。

     ● 3.溢出中断，指示内部可编程计数器溢出并回转为0的状态。

RTC时钟源：
三种不同的时钟源可被用来驱动系统时钟(SYSCLK)：

● HSI振荡器时钟
● HSE振荡器时钟
● PLL时钟

这些设备有以下2种二级时钟源：

● 40kHz低速内部RC，可以用于驱动独立看门狗和通过程序选择驱动RTC。 RTC用于从停机/待机模式下自动唤醒系统。
● 32.768kHz低速外部晶体也可用来通过程序选择驱动RTC(RTCCLK)。

RTC原理框图

灰色区域为待机时维持供电区域。

APB1 接口：用来和 APB1 总线相连。

此单元还包含一组 16 位寄存器，可通过 APB1 总线对其进行读写操作。APB1 接口由 APB1 总线时钟驱动，用来与 APB1 总线连接。通过APB1接口可以访问RTC的相关寄存器（预分频值，计数器值，闹钟值）。

RTC 核心接口：由一组可编程计数器组成，分成两个主要模块 。

第一个模块是个RTC预分频器。

在这里插入图片描述

第二个模块是一个 32 位的可编程计数器 （RTC_CNT）可被初始化为当前的系统时间。

一个 32 位的时钟计数器，按秒钟计算，可以记录4294967296秒，约合136年左右，作为一般应用，这已经是足够了的。

RTC具体流程：
RTCCLK经过RTC_DIV预分频，RTC_PRL设置预分频系数，然后得到TR_CLK时钟信号，我们一般设置其周期为1s，RTC_CNT计数器计数，假如1970设置为时间起点为0s，通过当前时间的秒数计算得到当前的时间。RTC_ALR是设置闹钟时间，RTC_CNT计数到RTC_ALR就会产生计数中断。

RTC_Second为秒中断，用于刷新时间。
RTC_Overflow是溢出中断。
RTC Alarm 控制开关机。

断电后这三个中断不起作用。


RTC时钟选择
使用HSE分频时钟或者LSI的时候，在主电源VDD掉电的情况下,这两个时钟来源都会受到影响,因此没法保证RTC正常工作。所以RTC一般都时钟低速外部时钟LSE，频率为实时时钟模块中常用的32.768KHz，因为32768 = 2^15，分频容易实现，所以被广泛应用到RTC模块。(在主电源VDD有效的情况下(待机)，RTC还可以配置闹钟事件使STM32退出待机模式)

RTC设备因为其独特的运行方式（即掉电依旧运行）使用HSE分频时钟或者LSI的时候，在主电源VDD掉电的情况下，这两个时钟来源都会受到影响，资源消耗太大，小小的纽扣电池根本吃不消。没法保证RTC正常工作.所以RTC一般都时钟低速外部时钟LSE。

RTC复位过程
除了RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器外，所有的系统寄存器都由系统复位或电源复位进行异步复位。
RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器仅能通过备份域复位信号复位。系统复位后，禁止访问后备寄存器和RCT，防止对后卫区域(BKP)的意外写操作。

RTC中断
秒中断：
这里时钟自带一个秒中断，每当计数加一的时候就会触发一次秒中断。注意，这里所说的秒中断并非一定是一秒的时间，它是由RTC时钟源和分频值决定的“秒”的时间，当然也是可以做到1秒钟中断一次。我们通过往秒中断里写更新时间的函数来达到时间同步的效果。

闹钟中断：
闹钟中断就是设置一个预设定的值，计数每自加多少次触发一次闹钟中断。

另外要注意的是，RTC的后备区域是没有日期寄存器的。所以，在断电重启后，日期不会更新，只有时间是最新的。那么，怎么能获取到最新的日期呢？

第一种办法是使用更高级的单片机，比如F4系列，就自带了日期寄存器。

另外一种办法就是通过计数器来硬算。计算量很大。

实际中可根据情况来选择最适合的方式。

硬件电路

RTC时钟：

后备电池模块

MX配置

开启RTC

开启LSE

生成代码即可。

关键代码

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "MyApplication.h"

/* Private define-------------------------------------------------------------*/

/* Private variables----------------------------------------------------------*/
RTC_TimeTypeDef RTC_TimeStruct_CurrentValue; //RTC当前时间
RTC_DateTypeDef RTC_DateStruct_CurrentValue; //RTC当前日期

uint8_t *Week_Str[7] = 
{
	(uint8_t*)"日",
	(uint8_t*)"一", 
	(uint8_t*)"二", 
	(uint8_t*)"三", 
	(uint8_t*)"四", 
	(uint8_t*)"五", 
	(uint8_t*)"六"
};
	
/* Private function prototypes------------------------------------------------*/  
static void Calendar_Set(void);  //设置日历
static void Calendar_Get(void);  //获取日历
static void Calendar_Show(void); //显示日历

static uint8_t Input_RTC_SetValue(uint8_t); //输入RTC设置值
static void    RTC_Time_Set(void);          //RTC时间设置
static void    RTC_Date_Set(void);          //RTC日期设置

/* Public variables-----------------------------------------------------------*/
MyRTC_t MyRTC = 
{
	TRUE,
	
	&RTC_TimeStruct_CurrentValue,
	&RTC_DateStruct_CurrentValue,
	
	Calendar_Set,
	Calendar_Get,
	Calendar_Show
};

/*
	* @name   Calendar_Set
	* @brief  设置日历
	* @param  None
	* @retval None      
*/
static void Calendar_Set()
{	
	//上电复位时，读取RTC备份寄存器1的数据，如果为0x1688，则不需要通过串口重新设置日期与时间
	if(HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc,RTC_BKP_DR1) != 0x1688)
	{
		printf("^_^^_^开始设置RTC的日期与时间^_^^_^\r\n\r\n");
		
		RTC_Date_Set(); //设置日期
		RTC_Time_Set(); //设置时间
		
		HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc,RTC_BKP_DR1,0x1688);	
	}
	else
	{
		printf("^_^^_^RTC的日期与时间已设置！^_^^_^\r\n\r\n");
		printf("重新设置的方法如下:\r\n");
		printf("方法一：长按触摸按键2s以上；\r\n");
		printf("方法二：系统断电，同时拔掉RTC电池。\r\n\r\n");
	}
}

/*
	* @name   Calendar_Get
	* @brief  显示日历
	* @param  None
	* @retval None      
*/
static void Calendar_Get()
{
	//获取当前时间
	HAL_RTC_GetTime(&hrtc,MyRTC.pRTC_TimeStruct,RTC_FORMAT_BIN);
	//获取当前日期
	HAL_RTC_GetDate(&hrtc,MyRTC.pRTC_DateStruct,RTC_FORMAT_BIN);
}

/*
	* @name   Calendar_Show
	* @brief  显示日历
	* @param  None
	* @retval None      
*/
static void Calendar_Show()
{
	//串口打印日期
	printf("当前时间为: %02u年%02d月%02d日(星期%s)  ", 2000+MyRTC.pRTC_DateStruct->Year,MyRTC.pRTC_DateStruct->Month,MyRTC.pRTC_DateStruct->Date,Week_Str[MyRTC.pRTC_DateStruct->WeekDay]);
	//串口打印时间
	printf("%02u:%02u:%02u\r\n",MyRTC.pRTC_TimeStruct->Hours,MyRTC.pRTC_TimeStruct->Minutes,MyRTC.pRTC_TimeStruct->Seconds);
	
	//数码管显示时间
	Display.Disp_HEX(Disp_NUM_6,MyRTC.pRTC_TimeStruct->Hours/10,Disp_DP_OFF);
	Display.Disp_HEX(Disp_NUM_5,MyRTC.pRTC_TimeStruct->Hours%10,Disp_DP_ON);
	
	Display.Disp_HEX(Disp_NUM_4,MyRTC.pRTC_TimeStruct->Minutes/10,Disp_DP_OFF);
	Display.Disp_HEX(Disp_NUM_3,MyRTC.pRTC_TimeStruct->Minutes%10,Disp_DP_ON);
	
	Display.Disp_HEX(Disp_NUM_2,MyRTC.pRTC_TimeStruct->Seconds/10,Disp_DP_OFF);
	Display.Disp_HEX(Disp_NUM_1,MyRTC.pRTC_TimeStruct->Seconds%10,Disp_DP_OFF);
}

/*
	* @name   Input_RTC_SetValue
	* @brief  输入RTC设置值
	* @param  MAX_Value -> 输入最大值
	* @retval SetValue  -> 返回输入字符对应的数值     
*/
static uint8_t Input_RTC_SetValue(uint8_t MAX_Value)
{
	uint8_t SetValue = 0;  //返回值
	uint8_t Value_Arr[2] = {0};
	uint8_t Index = 0;
	
	//以等待方式从串口接收2个有效字符
	while(Index < 2)
	{
		//等待接收串口数据
		Value_Arr[Index++] = getchar();
		//校验字符有效性
		if((Value_Arr[Index -1] < '0') || (Value_Arr[Index -1] > '9'))
		{
			printf("请输入 0 到 9 之间的数字 -->:\n");
			Index--;
		}
	}
	
	//接收到的2个字符转化为数值
	SetValue = (Value_Arr[0] - '0')*10 + (Value_Arr[1] - '0');
	
	//校验数值有效行
	if(SetValue > MAX_Value)
	{
		printf("请输入 0 到 %d 之间的数字\n", MAX_Value);
		SetValue = 0xFF; //SetValue设置为无效数据
	}
	
	//返回数据
	return SetValue;
}

/*
	* @name   RTC_Date_Set
	* @brief  RTC日期设置
	* @param  None
	* @retval None  
*/
static void RTC_Date_Set()
{
  RTC_DateTypeDef RTC_DateStruct_SetValue;
	uint8_t SetValue;
	
	printf("=========================日期设置==================\n");
	printf("请输入年份(00-99): 20\n");
	SetValue = 0xFF;
	while (SetValue == 0xFF)
	{
		SetValue = Input_RTC_SetValue(99);
	}
	printf("年份被设置为:  20%02u\n", SetValue);
	RTC_DateStruct_SetValue.Year = SetValue;
	
	printf("请输入月份(01-12):  \n");
	SetValue = 0xFF;
	while (SetValue == 0xFF)
	{
		SetValue = Input_RTC_SetValue(12);
		
		if(SetValue == 0x00)
		{
			printf("月份不能设置为0，请重新输入月份：\r\n");
			SetValue = 0xFF;
		}
	}
	printf("月份被设置为:  %02u\n", SetValue);
	RTC_DateStruct_SetValue.Month = SetValue;
	
	printf("请输入日期(01-31):  \n");
	SetValue = 0xFF;
	while (SetValue == 0xFF)
	{
		SetValue = Input_RTC_SetValue(31);
		
		if(SetValue == 0x00)
		{
			printf("日期不能设置为0，请重新输入日期：\r\n");	
			SetValue = 0xFF;
		}
	}
	printf("日期被设置为:  %02u\r\n", SetValue);
	RTC_DateStruct_SetValue.Date = SetValue;
	//设置日期
	HAL_RTC_SetDate(&hrtc,&RTC_DateStruct_SetValue,RTC_FORMAT_BIN);
}

/*
	* @name   RTC_Time_Set
	* @brief  RTC时间设置
	* @param  None
	* @retval None  
*/
static void RTC_Time_Set()
{
	RTC_TimeTypeDef RTC_TimeStruct_SetValue;
	uint8_t SetValue;
	
	printf("=========================时间设置==================\n");
	printf("请输入时钟(00-23):  \n");
	SetValue = 0xFF;
	while (SetValue == 0xFF)
	{
		SetValue = Input_RTC_SetValue(23);
	}
	printf("时钟被设置为:  %02u\n", SetValue);
	RTC_TimeStruct_SetValue.Hours = SetValue;
	
	printf("请输入分钟(00-59):  \n");
	SetValue = 0xFF;
	while (SetValue == 0xFF)
	{
		SetValue = Input_RTC_SetValue(59);
	}
	printf("分钟被设置为:  %02u\n", SetValue);
	RTC_TimeStruct_SetValue.Minutes = SetValue;
	
	printf("请输入秒钟(00-59):  \n");
	SetValue = 0xFF;
	while (SetValue == 0xFF)
	{
		SetValue = Input_RTC_SetValue(59);
	}
	printf("秒钟被设置为:  %02u\n", SetValue);
	RTC_TimeStruct_SetValue.Seconds = SetValue;
	//设置时间
	HAL_RTC_SetTime(&hrtc,&RTC_TimeStruct_SetValue,RTC_FORMAT_BIN);
}
/********************************************************
  End Of File
********************************************************/

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