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【经验分享】STM32 RTC 使用配置

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STMCU小助手 发布时间:2022-1-24 16:28
前言:
本系列教程将 对应外设原理,HAL库与STM32CubeMX结合在一起讲解,使您可以更快速的学会各个模块的使用
所用工具:
1、芯片: STM32F407ZET6/ STM32F103ZET6
2、STM32CubeMx软件
3、IDE: MDK-Keil软件
4、STM32F1xx/STM32F4xxHAL库
知识概括:
通过本篇博客您将学到:
RTC时钟原理
STM32CubeMX创建RTC例程
HAL库定时器RTC函数库
PS: 这里的RTC讲解,我们只将原理,不讲寄存器,如果要看RTC的寄存器,请看这篇文章

什么是RTC
RTC (Real Time Clock):实时时钟
RTC是个独立的定时器。RTC模块拥有一个连续计数的计数器,在相应的软件配置下,可以提供时钟日历的功能。修改计数器的值可以重新设置当前时间和日期 RTC还包含用于管理低功耗模式的自动唤醒单元。

2519481-20220110102009921-1443674983.png

在断电情况下 RTC仍可以独立运行 只要芯片的备用电源一直供电,RTC上的时间会一直走。
RTC实质是一个掉电后还继续运行的定时器,从定时器的角度来看,相对于通用定时器TIM外设,它的功能十分简单,只有计时功能(也可以触发中断)。但其高级指出也就在于掉电之后还可以正常运行。
两个 32 位寄存器包含二进码十进数格式 (BCD) 的秒、分钟、小时( 12 或 24 小时制)、星期几、日期、月份和年份。此外,还可提供二进制格式的亚秒值。系统可以自动将月份的天数补偿为 28、29(闰年)、30 和 31 天。
上电复位后,所有RTC寄存器都会受到保护,以防止可能的非正常写访问。
无论器件状态如何(运行模式、低功耗模式或处于复位状态),只要电源电压保持在工作范围内,RTC使不会停止工作。

RCT特征:
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

2519481-20220110102009895-1712784633.png


RTC时钟的框图还是比较简单的,这里我们把他分成 两个部分:
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
2519481-20220110102009865-753938034.png
第一个模块是 RTC 的 预分频模块,它可编程产生 1 秒的 RTC 时间基准 TR_CLK。RTC 的预分频模块包含了一个 20 位的可编程分频器(RTC 预分频器)。如果在 RTC_CR 寄存器中设置了相应的允许位,则在每个 TR_CLK 周期中 RTC 产生一个中断(秒中断)。
2519481-20220110102009850-2009262396.png


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

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

CubeMX配置RTC
工程创建
1设置RCC
2519481-20220110102009873-1525630761.png
  • 设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源
  • 使能外部晶振LSE
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
2.配置RTC
2519481-20220110102009895-476267397.png
  • Activate Clock Source 激活时钟源
  • Activate calendar激活日历
这两个都要点,作用也很明显,先是使能时钟源,再使能RTC日历
  • RTC_OUT: Not RTC_OUT
  • Tamper: ×
第一个是是否使能 tamper(PC13)引脚上输出校正的秒脉冲时钟,
第二个: RTC入侵检测校验功能
RTC校验功能,使能侵入检测功能。RTC时钟经64分频输出到侵入检测引脚TAMPER上
当 TAMPER引脚上的信号从 0变成1或者从 1变成 0(取决于备份控制寄存器BKP_CR的 TPAL位),会产生一个侵入检测事件。侵入检测事件将所有数据备份寄存器内容清除。
  • 也就是第一个是使能tamper(PC13)引脚作为时钟脉冲输出
  • 第二个是使能tamper(PC13)引脚作为入侵检测功能
下面是两个RTC的中断:
  • RTC全局中断RTC_IRQHandler()
  • 闹钟中断函数RTCAlarm_IRQHandler()

2519481-20220110102010125-644268812.png

此处设置时间为2020/04/25 13:30:00
  • Data Format: 日期格式
Binary data format 十六进制
BCD data format BCD码进制
使用自动配置,初始化时间必须使用BCD data format,原因是库函数存在bug,如果使用Binary data format,月份配置会出错,比如说11月,配置时会赋值为RTC_MONTH_NOVEMBER,而此宏定义值为0x11,也就是说其十进制值为17
  • Hours: 小时
  • Minutes: 分钟
  • Seconds: 秒
  • Week Day: 星期
  • Month 月份
  • Date: 日期
  • Year: 年份

3 使能串口
2519481-20220110102010186-1877173394.png

使能一下串口,因为发送日期到上位机
4时钟源设置
2519481-20220110102010180-2038989859.png
我的是 外部晶振为8MHz
  • 1选择外部时钟HSE 8MHz
  • 2PLL锁相环倍频9倍
  • 3系统时钟来源选择为PLL
  • 4设置APB1分频器为 /2
  • 5 使能CSS监视时钟
  • 6 设置RTC时钟为LSE
32的时钟树框图 如果不懂的话请看《【STM32】系统时钟RCC详解(超详细,超全面)》
5项目文件设置
2519481-20220110102010153-1204982055.png
  • 1 设置项目名称
  • 2 设置存储路径
  • 3 选择所用IDE
2519481-20220110102010166-520886475.png
6创建工程文件
然后点击GENERATE CODE 创建工程
配置下载工具
新建的工程所有配置都是默认的 我们需要自行选择下载模式,勾选上下载后复位运行

2519481-20220110102010124-1842304521.png

RTC_HAL库函数
  1. /*设置系统时间*/
  2. HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetTime(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_TimeTypeDef *sTime, uint32_t Format)
  3. /*读取系统时间*/
  4. HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetTime(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_TimeTypeDef *sTime, uint32_t Format)
  5. /*设置系统日期*/
  6. HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetDate(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_DateTypeDef *sDate, uint32_t Format)
  7. /*读取系统日期*/
  8. HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetDate(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_DateTypeDef *sDate, uint32_t Format)
  9. /*启动报警功能*/
  10. HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetAlarm(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_AlarmTypeDef *sAlarm, uint32_t Format)
  11. /*设置报警中断*/
  12. HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetAlarm_IT(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_AlarmTypeDef *sAlarm, uint32_t Format)
  13. /*报警时间回调函数*/
  14. __weak void HAL_RTC_AlarmAEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
  15. /*写入后备储存器*/
  16. void HAL_RTCEx_BKUPWrite(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t BackupRegister, uint32_t Data)
  17. /*读取后备储存器*/
  18. uint32_t HAL_RTCEx_BKUPRead(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t BackupRegister
复制代码

我们可以看到前面的四个函数,分别是
  • 设置系统时间:HAL_RTC_SetTime();
  • 读取系统时间: HAL_RTC_GetTime();
  • 设置系统日期: HAL_RTC_SetDate();
  • 读取系统日期: HAL_RTC_GetDate();
因为系统的时间和日期开始的时候已经设置过了,所以我们这里只用两个读取函数
读取系统时间函数
  1. /*读取系统时间*/
  2. HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetTime(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_TimeTypeDef *sTime, uint32_t Format)
复制代码

功能: 获取RTC时钟的时间
参数:
  • *hrtc RTC结构体参数 例:&hi2c2
  • RTC_TimeTypeDef *sTime: 获取RTC时间的结构体,
  • Format: 获取时间的格式
    RTC_FORMAT_BIN 使用16进制
    RTC_FORMAT_BCD 使用BCD进制

读取系统日期函数
  1. /*读取系统日期*/
  2. HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetDate(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_DateTypeDef *sDate, uint32_t Format)
复制代码
功能: 获取RTC时钟的日期
参数:
  • *hrtc RTC结构体参数 例:&hi2c2
  • RTC_DateTypeDef *sTime: 获取RTC日期的结构体,
  • Format: 获取日期的格式
    RTC_FORMAT_BIN 使用16进制
    RTC_FORMAT_BCD 使用BCD进制

在stm32f1xx_hal_rtc.h头文件中,可以找到RTC_TimeTypeDef,RTC_DateTypeDef这两个结构体的成员变量。
  1. /**
  2.   * @brief  RTC Time structure definition
  3.   */
  4. typedef struct
  5. {
  6.   uint8_t Hours;            /*!< Specifies the RTC Time Hour.
  7.                                  This parameter must be a number between Min_Data = 0 and Max_Data = 23 */

  8.   uint8_t Minutes;          /*!< Specifies the RTC Time Minutes.
  9.                                  This parameter must be a number between Min_Data = 0 and Max_Data = 59 */

  10.   uint8_t Seconds;          /*!< Specifies the RTC Time Seconds.
  11.                                  This parameter must be a number between Min_Data = 0 and Max_Data = 59 */

  12. } RTC_TimeTypeDef;
复制代码
  1. /**
  2.   * @brief  RTC Date structure definition
  3.   */
  4. typedef struct
  5. {
  6.   uint8_t WeekDay;  /*!< Specifies the RTC Date WeekDay (not necessary for HAL_RTC_SetDate).
  7.                          This parameter can be a value of @ref RTC_WeekDay_Definitions */

  8.   uint8_t Month;    /*!< Specifies the RTC Date Month (in BCD format).
  9.                          This parameter can be a value of @ref RTC_Month_Date_Definitions */

  10.   uint8_t Date;     /*!< Specifies the RTC Date.
  11.                          This parameter must be a number between Min_Data = 1 and Max_Data = 31 */

  12.   uint8_t Year;     /*!< Specifies the RTC Date Year.
  13.                          This parameter must be a number between Min_Data = 0 and Max_Data = 99 */

  14. } RTC_DateTypeDef;
复制代码



程序代码:
main.c
在main.c中重写fputc函数,使得能够使用printf函数
  1. #include "stdio.h"


  2. int fputc(int ch,FILE *f){
  3. uint8_t temp[1]={ch};
  4. HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,2);
  5. return ch;
  6. }
复制代码

定义两个结构体来获取日期和时间:
  1. RTC_DateTypeDef GetData;  //获取日期结构体

  2. RTC_TimeTypeDef GetTime;   //获取时间结构体
复制代码

在while循环中添加:
  1.    /* Get the RTC current Time */
  2.           HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &GetTime, RTC_FORMAT_BIN);
  3.       /* Get the RTC current Date */
  4.       HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &GetData, RTC_FORMAT_BIN);

  5.       /* Display date Format : yy/mm/dd */
  6.       printf("%02d/%02d/%02d\r\n",2000 + GetData.Year, GetData.Month, GetData.Date);
  7.       /* Display time Format : hh:mm:ss */
  8.       printf("%02d:%02d:%02d\r\n",GetTime.Hours, GetTime.Minutes, GetTime.Seconds);

  9.       printf("\r\n");

  10.       HAL_Delay(1000);
复制代码


程序中使用HAL_RTC_GetTime(),HAL_RTC_GetDate()读取时间和日期,并保存到结构体变量中,然后通过串口输出读取的时间和日期。
例程测试正常:
2519481-20220110102010103-1870607660.png
RTC掉电重置
但是呢,在hal库中生成的代码,每次断电就RTC时间会重置,每次上电都会重新初始化时间
因为HAL库设置了一个BKP寄存器保存一个标志。每次单片机启动时都读取这个标志并判断是不是预先设定的值:如度果不是就初始化RTC并设置时间,再设置标志为预期值;如果是预期值就跳过初始化和时间设置,继续执行后面的程序
所以这里我们只需要每次上电执行RTC初始化之前,将标志设置为预期值即可
在rtc.c中的RTC_Init修改为以下内容即可
  1. void MX_RTC_Init(void)
  2. {

  3.   /* USER CODE BEGIN RTC_Init 0 */
  4.                 RTC_TimeTypeDef time;   //时间结构体参数
  5.                 RTC_DateTypeDef datebuff;   //日期结构体参数
  6.   /* USER CODE END RTC_Init 0 */

  7.   RTC_TimeTypeDef sTime = {0};
  8.   RTC_DateTypeDef DateToUpdate = {0};

  9.   /* USER CODE BEGIN RTC_Init 1 */
  10.         __HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE();       //开启后备区域时钟
  11.         __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();                  //开启电源时钟
  12.   /* USER CODE END RTC_Init 1 */
  13.   /**Initialize RTC Only
  14.   */
  15.   hrtc.Instance = RTC;
  16.   hrtc.Init.AsynchPrediv = RTC_AUTO_1_SECOND;
  17.   hrtc.Init.OutPut = RTC_OUTPUTSOURCE_NONE;
  18.   if (HAL_RTC_Init(&hrtc) != HAL_OK)
  19.   {
  20.     Error_Handler();
  21.   }

  22.   /* USER CODE BEGIN Check_RTC_BKUP */
  23.         if(HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc,RTC_BKP_DR1)!= 0x5051)
  24.         {
  25.                
  26.   /* USER CODE END Check_RTC_BKUP */

  27.   /**Initialize RTC and set the Time and Date
  28.   */
  29.   sTime.Hours = 0x14;
  30.   sTime.Minutes = 0x30;
  31.   sTime.Seconds = 0x0;

  32.   if (HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK)
  33.   {
  34.     Error_Handler();
  35.   }
  36.   DateToUpdate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_SATURDAY;
  37.   DateToUpdate.Month = RTC_MONTH_APRIL;
  38.   DateToUpdate.Date = 0x25;
  39.   DateToUpdate.Year = 0x20;

  40.   if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &DateToUpdate, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK)
  41.   {
  42.     Error_Handler();
  43.   }
  44.   /* USER CODE BEGIN RTC_Init 2 */

  45.         __HAL_RTC_SECOND_ENABLE_IT(&hrtc,RTC_IT_SEC);         //开启RTC时钟秒中断
  46.         datebuff = DateToUpdate;  //把日期数据拷贝到自己定义的data中
  47.         HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR1, 0x5051);//向指定的后备区域寄存器写入数据
  48.         HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR2, (uint16_t)datebuff.Year);
  49.         HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR3, (uint16_t)datebuff.Month);
  50.         HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR4, (uint16_t)datebuff.Date);
  51.         HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR5, (uint16_t)datebuff.WeekDay);
  52.        
  53.   }
  54.         else
  55.         {
  56.                 datebuff.Year    = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR2);
  57.                 datebuff.Month   = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR3);
  58.                 datebuff.Date    = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR4);
  59.                 datebuff.WeekDay = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR5);
  60.                 DateToUpdate = datebuff;
  61.                 if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &DateToUpdate, RTC_FORMAT_BIN) != HAL_OK)
  62.                 {
  63.                         Error_Handler();
  64.                 }
  65.                 __HAL_RTC_SECOND_ENABLE_IT(&hrtc,RTC_IT_SEC);         //开启RTC时钟秒中断               
  66.         }
  67.        


  68. }
复制代码



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