RTC

实时时钟(Real-Time Clock)

BKP简介

  • BKP(Backup Registers)备份寄存器
  • BKP可用于存储用户应用程序数据。当VDD(2.03.6V)电源被切断,他们仍然由VBAT(1.83.6V)维持供电。当系统在待机模式下被唤醒,或系统复位或电源复位时,他们也不会被复位
  • TAMPER引脚产生的侵入事件将所有备份寄存器内容清除
  • RTC引脚输出RTC校准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲
  • 存储RTC时钟校准寄存器
  • 用户数据存储容量:
    • 20字节(中容量和小容量)/ 84字节(大容量和互联型)

BKP基本结构

BKP基本结构
  • 左侧绿色部分:

    • VBAT:备份电池供电(1.8~3.6V),当主电源VDD断电时,通过VBAT维持备份寄存器和RTC的供电
    • 侵入检测:TAMPER引脚检测到侵入事件时,会清除所有备份寄存器的内容
    • 时钟输出:RTC引脚可输出RTC校准时钟、闹钟脉冲或秒脉冲信号
  • 右侧橙色部分(备份寄存器区域):

    • DR1 [15:0]到DR42 [15:0]:用户数据存储寄存器,每个寄存器16位
    • 状态寄存器:存储系统状态信息
    • RTC时钟校准寄存器:用于RTC时钟精度校准
    • 大容量和互联型:提供更多的备份寄存器空间(84字节 vs 20字节)

这些备份寄存器的特点是:即使在系统复位、电源复位或待机模式下,只要VBAT有电,数据就不会丢失,非常适合存储重要的配置参数和RTC相关数据。

RTC简介

  • RTC(Real Time Clock)实时时钟
  • RTC是一个独立的定时器,可为系统提供时钟和日历的功能
  • RTC和时钟配置系统处于后备区域,系统复位时数据不清零,VDD(2.03.6V)断电后可借助VBAT(1.83.6V)供电继续走时
  • 32位的可编程计数器,可对应Unix时间戳的秒计数器
  • 20位的可编程预分频器,可适配不同频率的输入时钟
  • 可选择三种RTC时钟源:
    • HSE时钟除以128(通常为8MHz/128)
    • LSE振荡器时钟(通常为32.768KHz)
    • LSI振荡器时钟(40KHz)

RTC框图

RTC框图

RTC框图解析:

  1. 时钟源选择(左侧)

    • RTCCLK:RTC时钟源输入,可以选择三种时钟源
    • 后备区域:整个RTC模块位于后备区域,由VBAT供电维持
  2. 预分频器(RTC_PRL)

    • 20位可编程预分频器:将输入时钟分频到1Hz
    • RTC_DIV:预分频器的分频值寄存器
    • 例如:32.768KHz晶振需要设置预分频器为32767,得到1Hz的秒脉冲
  3. 计数器(RTC_CNT)

    • 32位计数器:记录从设定时间开始的秒数
    • 每秒递增1,可对应Unix时间戳
    • RTC_Second:秒中断信号
  4. 闹钟寄存器(RTC_ALR)

    • 闹钟比较器:将当前计数值与设定的闹钟值比较
    • RTC_Alarm:闹钟中断信号
    • 当计数器值等于闹钟值时触发中断
  5. 控制和状态(右侧)

    • RTC_CR(控制寄存器)
      • SECIE:秒中断使能
      • ALRIE:闹钟中断使能
      • OWIE:溢出中断使能
  6. 中断控制

    • NVIC中断控制器:处理RTC产生的中断
    • 唤醒控制:RTC_Alarm可用于从待机模式唤醒系统
    • WKP_STDBY:待机模式唤醒信号

工作流程

  1. 选择合适的时钟源(通常是32.768KHz的LSE)
  2. 配置预分频器将时钟分频到1Hz
  3. 设置初始计数值(时间戳)
  4. 可选设置闹钟值和中断使能
  5. RTC开始计时,每秒递增计数器
  6. 当需要时可读取计数器获得当前时间戳

RTC基本结构

RTC基本结构

硬件电路

硬件电路1
硬件电路2硬件电路3

RTC操作注意事项

  • 执行以下操作将使能对BKP和RTC的访问:
    • 设置RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN,使能PWR和BKP时钟
      • 使用RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE)
      • 使用RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE)
    • 设置PWR_CR的DBP,使能对BKP和RTC的访问
      • 使用PWR_BackupAccessCmd(ENABLE)
  • 若在读取RTC寄存器时,RTC的APB1接口曾经处于禁止状态,则软件首先必须等待RTC_CRL寄存器中的RSF位(寄存器同步标志)被硬件置1
    • 使用RTC_WaitForSynchro()函数等待同步
  • 必须设置RTC_CRL寄存器中的CNF位,使RTC进入配置模式后,才能写入RTC_PRL、RTC_CNT、RTC_ALR寄存器
    • 使用RTC_EnterConfigMode()进入配置模式
    • 配置完成后使用RTC_ExitConfigMode()退出配置模式
    • 库函数内部已处理,不需要手动调用
  • 对RTC任何寄存器的写操作,都必须在前一次写操作结束后进行。可以通过查询RTC_CR寄存器中的RTOFF状态位,判断RTC寄存器是否处于更新中。仅当RTOFF状态位是1时,才可以写入RTC寄存器
    • 使用RTC_WaitForLastTask()函数等待上一次操作完成

例子

读写备份寄存器

main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Key.h"

uint8_t KeyNum;					//定义用于接收按键键码的变量

uint16_t ArrayWrite[] = {0x1234, 0x5678};	//定义要写入数据的测试数组
uint16_t ArrayRead[2];						//定义要读取数据的测试数组

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();				//OLED初始化
	Key_Init();					//按键初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "W:");
	OLED_ShowString(2, 1, "R:");
	
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);		//开启PWR的时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);		//开启BKP的时钟
	
	/*备份寄存器访问使能*/
	PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);							//使用PWR开启对备份寄存器的访问
	
	while (1)
	{
		KeyNum = Key_GetNum();		//获取按键键码
		
		if (KeyNum == 1)			//按键1按下
		{
			ArrayWrite[0] ++;		//测试数据自增
			ArrayWrite[1] ++;
			
			BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, ArrayWrite[0]);	//写入测试数据到备份寄存器
			BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR2, ArrayWrite[1]);
			
			OLED_ShowHexNum(1, 3, ArrayWrite[0], 4);		//显示写入的测试数据
			OLED_ShowHexNum(1, 8, ArrayWrite[1], 4);
		}
		
		ArrayRead[0] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1);		//读取备份寄存器的数据
		ArrayRead[1] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR2);
		
		OLED_ShowHexNum(2, 3, ArrayRead[0], 4);				//显示读取的备份寄存器数据
		OLED_ShowHexNum(2, 8, ArrayRead[1], 4);
	}
}

实时时钟

MyRTC.h
#ifndef __MYRTC_H
#define __MYRTC_H

extern uint16_t MyRTC_Time[];

void MyRTC_Init(void);
void MyRTC_SetTime(void);
void MyRTC_ReadTime(void);

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

uint16_t MyRTC_Time[] = {2023, 1, 1, 23, 59, 55};	//定义全局的时间数组,数组内容分别为年、月、日、时、分、秒

void MyRTC_SetTime(void);				//函数声明

/**
  * 函    数:RTC初始化
  * 参    数:无
  * 返 回 值:无
  */
void MyRTC_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);		//开启PWR的时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);		//开启BKP的时钟
	
	/*备份寄存器访问使能*/
	PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);							//使用PWR开启对备份寄存器的访问
	
	if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5)			//通过写入备份寄存器的标志位,判断RTC是否是第一次配置
															//if成立则执行第一次的RTC配置
	{
		RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);							//开启LSE时钟
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) != SET);	//等待LSE准备就绪
		
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);				//选择RTCCLK来源为LSE
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);								//RTCCLK使能
		
		RTC_WaitForSynchro();								//等待同步
		RTC_WaitForLastTask();								//等待上一次操作完成
		
		RTC_SetPrescaler(32768 - 1);						//设置RTC预分频器,预分频后的计数频率为1Hz
		RTC_WaitForLastTask();								//等待上一次操作完成
		
		MyRTC_SetTime();									//设置时间,调用此函数,全局数组里时间值刷新到RTC硬件电路
		
		BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5);			//在备份寄存器写入自己规定的标志位,用于判断RTC是不是第一次执行配置
	}
	else													//RTC不是第一次配置
	{
		RTC_WaitForSynchro();								//等待同步
		RTC_WaitForLastTask();								//等待上一次操作完成
	}
}

//如果LSE无法起振导致程序卡死在初始化函数中
//可将初始化函数替换为下述代码,使用LSI当作RTCCLK
//LSI无法由备用电源供电,故主电源掉电时,RTC走时会暂停
/* 
void MyRTC_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
	
	PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
	
	if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5)
	{
		RCC_LSICmd(ENABLE);
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) != SET);
		
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
		
		RTC_WaitForSynchro();
		RTC_WaitForLastTask();
		
		RTC_SetPrescaler(40000 - 1);
		RTC_WaitForLastTask();
		
		MyRTC_SetTime();
		
		BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5);
	}
	else
	{
		RCC_LSICmd(ENABLE);				//即使不是第一次配置,也需要再次开启LSI时钟
		while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) != SET);
		
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
		
		RTC_WaitForSynchro();
		RTC_WaitForLastTask();
	}
}*/

/**
  * 函    数:RTC设置时间
  * 参    数:无
  * 返 回 值:无
  * 说    明:调用此函数后,全局数组里时间值将刷新到RTC硬件电路
  */
void MyRTC_SetTime(void)
{
	time_t time_cnt;		//定义秒计数器数据类型
	struct tm time_date;	//定义日期时间数据类型
	
	time_date.tm_year = MyRTC_Time[0] - 1900;		//将数组的时间赋值给日期时间结构体
	time_date.tm_mon = MyRTC_Time[1] - 1;
	time_date.tm_mday = MyRTC_Time[2];
	time_date.tm_hour = MyRTC_Time[3];
	time_date.tm_min = MyRTC_Time[4];
	time_date.tm_sec = MyRTC_Time[5];
	
	time_cnt = mktime(&time_date) - 8 * 60 * 60;	//调用mktime函数,将日期时间转换为秒计数器格式
													//- 8 * 60 * 60为东八区的时区调整
	
	RTC_SetCounter(time_cnt);						//将秒计数器写入到RTC的CNT中
	RTC_WaitForLastTask();							//等待上一次操作完成
}

/**
  * 函    数:RTC读取时间
  * 参    数:无
  * 返 回 值:无
  * 说    明:调用此函数后,RTC硬件电路里时间值将刷新到全局数组
  */
void MyRTC_ReadTime(void)
{
	time_t time_cnt;		//定义秒计数器数据类型
	struct tm time_date;	//定义日期时间数据类型
	
	time_cnt = RTC_GetCounter() + 8 * 60 * 60;		//读取RTC的CNT,获取当前的秒计数器
													//+ 8 * 60 * 60为东八区的时区调整
	
	time_date = *localtime(&time_cnt);				//使用localtime函数,将秒计数器转换为日期时间格式
	
	MyRTC_Time[0] = time_date.tm_year + 1900;		//将日期时间结构体赋值给数组的时间
	MyRTC_Time[1] = time_date.tm_mon + 1;
	MyRTC_Time[2] = time_date.tm_mday;
	MyRTC_Time[3] = time_date.tm_hour;
	MyRTC_Time[4] = time_date.tm_min;
	MyRTC_Time[5] = time_date.tm_sec;
}
main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MyRTC.h"

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();		//OLED初始化
	MyRTC_Init();		//RTC初始化
	
	/*显示静态字符串*/
	OLED_ShowString(1, 1, "Date:XXXX-XX-XX");
	OLED_ShowString(2, 1, "Time:XX:XX:XX");
	OLED_ShowString(3, 1, "CNT :");
	OLED_ShowString(4, 1, "DIV :");
	
	while (1)
	{
		MyRTC_ReadTime();							//RTC读取时间,最新的时间存储到MyRTC_Time数组中
		
		OLED_ShowNum(1, 6, MyRTC_Time[0], 4);		//显示MyRTC_Time数组中的时间值,年
		OLED_ShowNum(1, 11, MyRTC_Time[1], 2);		//月
		OLED_ShowNum(1, 14, MyRTC_Time[2], 2);		//日
		OLED_ShowNum(2, 6, MyRTC_Time[3], 2);		//时
		OLED_ShowNum(2, 9, MyRTC_Time[4], 2);		//分
		OLED_ShowNum(2, 12, MyRTC_Time[5], 2);		//秒
		
		OLED_ShowNum(3, 6, RTC_GetCounter(), 10);	//显示32位的秒计数器
		OLED_ShowNum(4, 6, RTC_GetDivider(), 10);	//显示余数寄存器
	}
}