STM32-RTC实时时钟

目录

RTC实时时钟

功能框图

UNIX时间戳

初始化结构体

RTC时间结构体

RTC日期结构体

RTC闹钟结构体

进入和退出配置函数

实验环节1：显示日历

常规配置

RTC配置

测试环节

实验现象

实验环节2：闹钟

常规配置

RTC配置

测试环节

实验现象

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RTC实时时钟

STM32的RTC外设，实质上是一个掉电后还继续运行的定时器。类似于通用定时器TIM外设，可以计时和触发中断。

掉电指的是电源VDD断开时为了RTC外设掉电继续运行，必须接上锂电池给STM32的RTC、备份发卡通过Vbat引脚供电。当主电源VDD有效时由VDD给RTC外设供电，当CDD掉电后，由Vbat给RTC外设供电。但无论由什么电源供电，RTC的数据都保存在属于RTC的备份域中，若主电源VDD和Vbat都掉电，则备份域保存的所有数据将丢失。备份域除了RTC模块的寄存器，还有42个16位的寄存器可以在VDD掉电时保存用户程序的数据，系统复位或电源复位时，数据也不会清空。

从RTC的定时器特性来说，是一个32位的递增计数器。时钟源有三种：HSE/128、LSI和LSE。

使用LSI或HSE/8时钟源，在主电源VDD掉电时，这两个时钟来源都会受到影响，因此无法保证RTC正常工作。因此RTC一般使用LSE。在设计中，频率通常为32.768kHz。

在主电源VDD有效并处于待机模式时，RTC还可以配置闹钟事件时STM32退出待机模式。

功能框图

浅灰色部分属于备份域，VDD掉电时可在Vbat的驱动下继续运行。包括了RTC分频器、计数器、闹钟控制器。

若VDD电源有效，RTC可以触发RTC_Second（秒中断）、RTC_Overflow（溢出事件）和RTC_Alarm（闹钟中断）。从结构图可以分析出，定时器溢出中断无法被配置为中断。

若STM32处于待机模式，可由闹钟事件或WKUP事件（外部唤醒事件，属于EXTI模块，不属于RTC）退出待机模式。

闹钟事件在计数器RTC_CNT的值等于闹钟寄存器RTC_ALR的值时触发。

在备份域中所有寄存器都是16位的，RTC控制相关的寄存器也不例外。它的计数器RTC_CNT的32位由RTC_CNTL和RTC_CNTH这两个寄存器组成。

在配置RTC模块的时钟时，通常把输入的32768Hz的RTCCLK进行32768分频得到实际驱动计数器的时钟TR_CLK = RTCCLK / 32768 =1Hz，计数周期为1s，计数器在TR_CLK的驱动下计数，即每秒计数器RTC_CNT的值+1。

由于备份域的存在，使得RTC核具有了完全独立于APB1接口的特性，也因此对RTC寄存器的访问要遵守一定的规则。

系统复位后，默认禁止访问后备寄存器和RTC，防止对后备区域（BKP）的意外写操作。执行以下操作使能对后备寄存器和RTC的访问：

        设置RCC_APB1ENR：PWREN、BKPEN位来使能电源和后备接口时钟。

        设置PWR_CR：DBP位使能对后备寄存器和RTC的访问。

设置后备寄存器为可写访问后，在第一次通过APB1接口访问RTC时，因为时钟频率的差异，所以必须等待APB1和RTC外设同步，确保被读取出来的RTC寄存器值是正确的。若在同步后，一直没有关闭APB1的RTC外设接口，就不需要再次同步了。

如果内核要对RTC寄存器进行任何写操作，在内核写出写指令后，RTC模块在3个RTCCLK时钟后才开始正式的写RTC寄存器操作。由于RTCCLK的频率比内核主频低得多，所以每次操作后都必须检查RTC关闭操作标志位RTOFF，当这个标志位被置1，写操作才正式完成。

当然，以上操作都具有对应的库函数，不需要具体的查阅寄存器。 

UNIX时间戳

RTC_CNT是32位寄存器，可存储的最大值为2^32-1，即约等于136年。

如某个时刻读取计数器的值为2天的秒数，以2011.1.1 0:0:0时间置0计数器的，则可以算出是2011.1.3 0:0:0时间，计数器会在2011+136年左右溢出。定时器被置0的时间为计数元年，相对计时元年的秒数为时间戳（计数器的值）。

大多数操作系统都是利用时间戳和计时元年来计算当前时间的，有个标准：UNIX时间戳和UNIX计时元年。

UNIX计时元年被设置为格林威治时间1970.1.1 0:0:0时间。

在这个计时系统上，使用的是有符号的32位整形变量来保存UNIX时间戳，因此最高位表示符号，时间戳能显示的范围更小了，会在2038.1.19 3:14:07时间溢出。

网页上可搜：UNIX时间戳。可实时查看。

初始化结构体

STM32 HAL库对RTC控制提供了完善的函数。

typedef struct {uint32_t AsynchPrediv;    /* 配置RTC_CLK的异步分频因子（0x00~0x7F ) ，具体由RTC_PRER：PREDIV_A[6:0]配置 */uint32_t OutPut;          /* RTCEx输出通道设置，指定哪一路信号作为RTC的输出，禁止输出/闹钟A输出/闹钟B输出/唤醒输出 */} RTC_InitTypeDef;

RTC时间结构体

用来设置初始时间，配置的是RTC时间寄存器RTC_TR。

 typedef struct {uint8_t Hours;    /* 小时设置。12小时制式时，0~11；24小时制式时，0~23 */uint8_t Minutes;  /* 分钟设置，0~59 */uint8_t Seconds;  /* 秒设置，0~59 */} RTC_TimeTypeDef;

RTC日期结构体

用来设置初始日期，配置的是RTC日期寄存器RTC_DR。

typedef struct {uint8_t WeekDay; /* 星期几设置，1~7 */uint8_t Month;   /* 月份设置，1~12 */uint8_t Date;    /* 日期设置，1~31 */uint8_t Year;    /* 年份设置，0~99 */} RTC_DateTypeDef;

RTC闹钟结构体

用来设置闹钟时间，设置的格式为[星期/日期]-[时]-[分]-[秒]，4个字段，每个字段可以设置为有效或无效（MASK）。如果MASK掉[星期/日期]字段，则每天闹钟都会响。

typedef struct {RTC_TimeTypeDef AlarmTime;     /* 设定RTC时间寄存器的值：时/分/秒 */uint32_t Alarm;                /* RTC 闹钟选择：闹钟A、闹钟B */} RTC_AlarmTypeDef;

进入和退出配置函数

/*** @brief  进入 RTC 配置模式 .* @param  None* @retval None*/void RTC_EnterConfigMode(void){/* 设置 CNF 位进入配置模式 */RTC->CRL |= RTC_CRL_CNF;}/** @brief  退出 RTC 配置模式 .* @param  None* @retval None*/void RTC_ExitConfigMode(void){/* 清空  CNF 位退出配置模式 */RTC->CRL &= (uint16_t)~((uint16_t)RTC_CRL_CNF);}

实验环节1：显示日历

常规配置

USART1：带中断，支持printf输出。

RTC配置

RTC_HandleTypeDef hrtc;/* RTC init function */
void MX_RTC_Init(void)
{RTC_TimeTypeDef sTime = {0};RTC_DateTypeDef DateToUpdate = {0};/* USER CODE BEGIN RTC_Init 1 *//* 判断是否首次上电 */if (HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR1) != 0x5050){HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR1, 0x5050);	// 插入BKP数值判断/* USER CODE END RTC_Init 1 *//** Initialize RTC Only*/hrtc.Instance = RTC;hrtc.Init.AsynchPrediv = RTC_AUTO_1_SECOND;hrtc.Init.OutPut = RTC_OUTPUTSOURCE_NONE;if (HAL_RTC_Init(&hrtc) != HAL_OK){Error_Handler();}/** Initialize RTC and set the Time and Date*/sTime.Hours = 0x0;sTime.Minutes = 0x0;sTime.Seconds = 0x0;if (HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK){Error_Handler();}DateToUpdate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY;DateToUpdate.Month = RTC_MONTH_JANUARY;DateToUpdate.Date = 0x1;DateToUpdate.Year = 0x0;if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &DateToUpdate, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK){Error_Handler();}/* USER CODE BEGIN RTC_Init 2 */}/* USER CODE END RTC_Init 2 */
}void HAL_RTC_MspInit(RTC_HandleTypeDef *rtcHandle)
{if (rtcHandle->Instance == RTC){HAL_PWR_EnableBkUpAccess();	// 取消BKP区域写保护，才能进行时间保存和计时/* Enable BKP CLK enable for backup registers */__HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE();	// 开启BKP时钟/* RTC clock enable */__HAL_RCC_RTC_ENABLE();}
}void HAL_RTC_MspDeInit(RTC_HandleTypeDef *rtcHandle)
{if (rtcHandle->Instance == RTC){__HAL_RCC_RTC_DISABLE();}
}

测试环节

#include "string.h"uint8_t RxBuffer[20];void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if(huart == &huart1){}
}void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if(huart == &huart1){// A5 5A 00 01 01 00 00 00if(RxBuffer[0]==0xA5 && RxBuffer[1]==0x5A){RTC_DateTypeDef RtcDate;RTC_TimeTypeDef RtcTime;RtcTime.Hours = RxBuffer[5];RtcTime.Minutes = RxBuffer[6];RtcTime.Seconds = RxBuffer[7];if (HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &RtcTime, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK){Error_Handler();}// 星期内部自动校正RtcDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY;RtcDate.Month = RxBuffer[3];RtcDate.Date = RxBuffer[4];RtcDate.Year = RxBuffer[2];if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &RtcDate, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK){Error_Handler();}memset(RxBuffer, 0, sizeof(RxBuffer));HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&RxBuffer, 8);}}	
}void test(void)
{RTC_DateTypeDef RtcDate;RTC_TimeTypeDef RtcTime;HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&RxBuffer, 8);while(1){HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &RtcTime,  RTC_FORMAT_BIN);	// 读出时间值HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &RtcDate,  RTC_FORMAT_BIN);	// 一定要先读时间后读日期，这样才能校正星期参数printf("实时时间：%04d-%02d-%02d  %02d:%02d:%02d 星期：%2d\r\n", 2000+RtcDate.Year, RtcDate.Month, RtcDate.Date, RtcTime.Hours, RtcTime.Minutes, RtcTime.Seconds, RtcDate.WeekDay);//显示日期时间HAL_Delay(1000);}
}

实验现象

实验环节2：闹钟

常规配置

USART1：带中断，支持printf输出。

蜂鸣器配置。

RTC配置

RTC_HandleTypeDef hrtc;void MX_RTC_Init(void)
{RTC_TimeTypeDef sTime = {0};RTC_DateTypeDef DateToUpdate = {0};RTC_AlarmTypeDef sAlarm = {0};/* USER CODE BEGIN RTC_Init 1 *//* 判断是否首次上电 */if (HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR1) != 0x5050){HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR1, 0x5050);	// 插入BKP数值判断/* USER CODE END RTC_Init 1 *//** Initialize RTC Only*/hrtc.Instance = RTC;hrtc.Init.AsynchPrediv = RTC_AUTO_1_SECOND;hrtc.Init.OutPut = RTC_OUTPUTSOURCE_ALARM;if (HAL_RTC_Init(&hrtc) != HAL_OK){Error_Handler();}/** Initialize RTC and set the Time and Date*/sTime.Hours = 0x0;sTime.Minutes = 0x0;sTime.Seconds = 0x0;if (HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK){Error_Handler();}DateToUpdate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY;DateToUpdate.Month = RTC_MONTH_JANUARY;DateToUpdate.Date = 0x1;DateToUpdate.Year = 0x0;if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &DateToUpdate, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK){Error_Handler();}/** Enable the Alarm A*/sAlarm.AlarmTime.Hours = 0x0;sAlarm.AlarmTime.Minutes = 0x1;sAlarm.AlarmTime.Seconds = 0x0;sAlarm.Alarm = RTC_ALARM_A;if (HAL_RTC_SetAlarm_IT(&hrtc, &sAlarm, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK){Error_Handler();}/* USER CODE BEGIN RTC_Init 2 */}/* USER CODE END RTC_Init 2 */
}void HAL_RTC_MspInit(RTC_HandleTypeDef *rtcHandle)
{if (rtcHandle->Instance == RTC){HAL_PWR_EnableBkUpAccess();/* Enable BKP CLK enable for backup registers */__HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE();/* RTC clock enable */__HAL_RCC_RTC_ENABLE();/* RTC interrupt Init */HAL_NVIC_SetPriority(RTC_Alarm_IRQn, 0, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(RTC_Alarm_IRQn);}
}void HAL_RTC_MspDeInit(RTC_HandleTypeDef *rtcHandle)
{if (rtcHandle->Instance == RTC){__HAL_RCC_RTC_DISABLE();/* RTC interrupt Deinit */HAL_NVIC_DisableIRQ(RTC_Alarm_IRQn);}
}

测试环节

#include "string.h"uint8_t RxBuffer[20];void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if(huart == &huart1){}
}void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if(huart == &huart1){// A5 5A 00 01 01 00 00 00if(RxBuffer[0]==0xA5 && RxBuffer[1]==0x5A){RTC_DateTypeDef RtcDate;RTC_TimeTypeDef RtcTime;RTC_AlarmTypeDef RtcAlarm;RtcTime.Hours = RxBuffer[5];RtcTime.Minutes = RxBuffer[6];RtcTime.Seconds = RxBuffer[7];if (HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &RtcTime, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK){Error_Handler();}// 星期内部自动校正RtcDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY;RtcDate.Month = RxBuffer[3];RtcDate.Date = RxBuffer[4];RtcDate.Year = RxBuffer[2];if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &RtcDate, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK){Error_Handler();}RtcAlarm.AlarmTime.Hours = RxBuffer[5];RtcAlarm.AlarmTime.Minutes = RxBuffer[6];RtcAlarm.AlarmTime.Seconds = RxBuffer[7] + 0x10;RtcAlarm.Alarm = RTC_ALARM_A;if (HAL_RTC_SetAlarm_IT(&hrtc, &RtcAlarm, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK){Error_Handler();}memset(RxBuffer, 0, sizeof(RxBuffer));HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&RxBuffer, 8);}}	
}void HAL_RTC_AlarmAEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
{HAL_GPIO_TogglePin(LED_G_GPIO_Port, LED_G_Pin);
}void test(void)
{RTC_DateTypeDef RtcDate;RTC_TimeTypeDef RtcTime;初始化HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&RxBuffer, 8);while(1){HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &RtcTime,  RTC_FORMAT_BIN);	// 读出时间值HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &RtcDate,  RTC_FORMAT_BIN);	// 一定要先读时间后读日期，这样才能校正星期参数printf("实时时间：%04d-%02d-%02d  %02d:%02d:%02d 星期：%2d\r\n", 2000+RtcDate.Year, RtcDate.Month, RtcDate.Date, RtcTime.Hours, RtcTime.Minutes, RtcTime.Seconds, RtcDate.WeekDay);//显示日期时间HAL_Delay(1000);}
}

实验现象

上电运行，LED默认灭。一分钟后LED亮绿灯。

通过串口调试助手发送A55A231101000000，10秒后LED灭。