[嵌入式]HAL库 STM32CubeMX实现RTC时钟

一、RTC

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。

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

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 。

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)。

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

二、CubeMX配置RTC

工程创建

设置RCC

• 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

设置SYS

配置RTC

Activate Clock Source 激活时钟源
Activate calendar激活日历

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()

时间为创建时间2021/12/3 13:44

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

使能串口
使能一下串口，因为发送日期到上位机

时钟源设置

项目文件设置

三、代码

3.1 RTC_HAL库函数

打开stm32f1xx_hal_rtc.h文件可以看到以下关于时间和日期的函数

/*设置系统时间*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetTime(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_TimeTypeDef *sTime, uint32_t Format) 
/*读取系统时间*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetTime(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_TimeTypeDef *sTime, uint32_t Format)
/*设置系统日期*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetDate(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_DateTypeDef *sDate, uint32_t Format)
/*读取系统日期*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetDate(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_DateTypeDef *sDate, uint32_t Format)
/*启动报警功能*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetAlarm(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_AlarmTypeDef *sAlarm, uint32_t Format)
/*设置报警中断*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetAlarm_IT(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_AlarmTypeDef *sAlarm, uint32_t Format)
/*报警时间回调函数*/
__weak void HAL_RTC_AlarmAEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
/*写入后备储存器*/
void HAL_RTCEx_BKUPWrite(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t BackupRegister, uint32_t Data)
/*读取后备储存器*/
uint32_t HAL_RTCEx_BKUPRead(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t BackupRegister  

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

/*读取系统时间*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetTime(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_TimeTypeDef *sTime, uint32_t Format)

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

/*读取系统日期*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetDate(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_DateTypeDef *sDate, uint32_t Format)

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

可以找到RTC_TimeTypeDef，RTC_DateTypeDef这两个结构体的成员变量

2.3main.c文件函数代码

在main.c中重写fputc函数，使得能够使用printf函数

#include "stdio.h"


int fputc(int ch,FILE *f){
 uint8_t temp[1]={ch};
 HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,2);
 return ch;
}

定义两个结构体来获取日期和时间：

RTC_DateTypeDef GetData;  //获取日期结构体

RTC_TimeTypeDef GetTime;   //获取时间结构体

在while循环中添加：

	  /* Get the RTC current Time */
	  HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &GetTime, RTC_FORMAT_BIN);
      /* Get the RTC current Date */
      HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &GetData, RTC_FORMAT_BIN);

      /* Display date Format : yy/mm/dd */
      printf("%02d/%02d/%02d\r\n",2000 + GetData.Year, GetData.Month, GetData.Date);
      /* Display time Format : hh:mm:ss */
      printf("%02d:%02d:%02d\r\n",GetTime.Hours, GetTime.Minutes, GetTime.Seconds);
      if(GetData.WeekDay==1){
			printf("星期一\r\n");
		}else if(GetData.WeekDay==2){
			printf("星期二\r\n");
		}else if(GetData.WeekDay==3){
			printf("星期三\r\n");
		}else if(GetData.WeekDay==4){
			printf("星期四\r\n");
		}else if(GetData.WeekDay==5){
			printf("星期五\r\n");
		}else if(GetData.WeekDay==6){
			printf("星期六\r\n");
		}else if(GetData.WeekDay==7){
			printf("星期日\r\n");
		}
      printf("\r\n");

      HAL_Delay(1000);

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。

三、结果

四、参考资料

【STM32】HAL库 STM32CubeMX教程十三—RTC时钟