【STM32】HAL庫 STM32CubeMX教程十三---RTC時鐘

前言：

本系列教程將對應外設原理，HAL庫與STM32CubeMX結合在一起講解，使您可以更快速的學會各個模塊的使用

所用工具：

1、芯片： STM32F407ZET6/ STM32F103ZET6

2、STM32CubeMx軟件

3、IDE： MDK-Keil軟件

4、STM32F1xx/STM32F4xxHAL庫

知識概括：

通過本篇博客您將學到：

RTC時鐘原理

STM32CubeMX創建RTC例程

HAL庫定時器RTC函數庫

PS: 這裏的RTC講解，我們只將原理，不講寄存器，如果要看RTC的寄存器，請看這篇文章
【STM32】RTC實時時鐘，步驟超細詳解，一文看懂RTC

什麼是RTC

RTC (Real Time Clock)：實時時鐘

RTC是個獨立的定時器。RTC模塊擁有一個連續計數的計數器，在相應的軟件配置下，可以提供時鐘日曆的功能。修改計數器的值可以重新設置當前時間和日期 RTC還包含用於管理低功耗模式的自動喚醒單元。

在斷電情況下 RTC仍可以獨立運行只要芯片的備用電源一直供電,RTC上的時間會一直走。

RTC實質是一個掉電後還繼續運行的定時器,從定時器的角度來看,相對於通用定時器TIM外設,它的功能十分簡單,只有計時功能(也可以觸發中斷)。但其高級指出也就在於掉電之後還可以正常運行。

兩個 32 位寄存器包含二進碼十進數格式 (BCD) 的秒、分鐘、小時（ 12 或 24 小時制）、星期幾、日期、月份和年份。此外，還可提供二進制格式的亞秒值。系統可以自動將月份的天數補償爲 28、29（閏年）、30 和 31 天。

上電覆位後，所有RTC寄存器都會受到保護，以防止可能的非正常寫訪問。

無論器件狀態如何（運行模式、低功耗模式或處於復位狀態），只要電源電壓保持在工作範圍內，RTC使不會停止工作。

RCT特徵：

● 可編程的預分頻係數：分頻係數高爲220。
● 32位的可編程計數器，可用於較長時間段的測量。
● 2個分離的時鐘：用於APB1接口的PCLK1和RTC時鐘(RTC時鐘的頻率必須小於PCLK1時鐘頻率的四分之一以上)。
● 可以選擇以下三種RTC的時鐘源：
     ● HSE時鐘除以128；
     ● LSE振盪器時鐘；
     ● LSI振盪器時鐘

● 2個獨立的復位類型：
● APB1接口由系統復位；
● RTC核心(預分頻器、鬧鐘、計數器和分頻器)只能由後備域復位

● 3個專門的可屏蔽中斷：
● 1.鬧鐘中斷，用來產生一個軟件可編程的鬧鐘中斷。

● 2.秒中斷，用來產生一個可編程的週期性中斷信號(長可達1秒)。

● 3.溢出中斷，指示內部可編程計數器溢出並回轉爲0的狀態。

RTC時鐘源：
三種不同的時鐘源可被用來驅動系統時鐘(SYSCLK)：

● HSI振盪器時鐘
● HSE振盪器時鐘
● PLL時鐘

這些設備有以下2種二級時鐘源：

● 40kHz低速內部RC，可以用於驅動獨立看門狗和通過程序選擇驅動RTC。 RTC用於從停機/待機模式下自動喚醒系統。
● 32.768kHz低速外部晶體也可用來通過程序選擇驅動RTC(RTCCLK)。

RTC原理框圖

RTC時鐘的框圖還是比較簡單的，這裏我們把他分成 兩個部分:

APB1 接口：用來和 APB1 總線相連。此單元還包含一組 16 位寄存器，可通過 APB1 總線對其進行讀寫操作。APB1 接口由 APB1 總線時鐘驅動，用來與 APB1 總線連接。

通過APB1接口可以訪問RTC的相關寄存器（預分頻值，計數器值，鬧鐘值）。

RTC 核心接口：由一組可編程計數器組成，分成 兩個主要模塊 。
g)
第一個模塊是 RTC 的預分頻模塊，它可編程產生 1 秒的 RTC 時間基準 TR_CLK。RTC 的預分頻模塊包含了一個 20 位的可編程分頻器(RTC 預分頻器)。如果在 RTC_CR 寄存器中設置了相應的允許位，則在每個 TR_CLK 週期中 RTC 產生一箇中斷(秒中斷)。

第二個模塊是一個 32 位的可編程計數器（RTC_CNT），可被初始化爲當前的系統時間，一個 32 位的時鐘計數器，按秒鐘計算，可以記錄 4294967296 秒，約合 136 年左右，作爲一般應用，這已經是足夠了的。

RTC具體流程：

RTCCLK經過RTC_DIV預分頻，RTC_PRL設置預分頻係數，然後得到TR_CLK時鐘信號，我們一般設置其週期爲1s，RTC_CNT計數器計數，假如1970設置爲時間起點爲0s，通過當前時間的秒數計算得到當前的時間。RTC_ALR是設置鬧鐘時間，RTC_CNT計數到RTC_ALR就會產生計數中斷，

RTC_Second爲秒中斷，用於刷新時間，
RTC_Overflow是溢出中斷。
RTC Alarm 控制開關機

RTC時鐘選擇

使用HSE分頻時鐘或者LSI的時候,在主電源VDD掉電的情況下,這兩個時鐘來源都會受到影響,因此沒法保證RTC正常工作.所以RTC一般都時鐘低速外部時鐘LSE,頻率爲實時時鐘模塊中常用的32.768KHz,因爲32768 = 2^15,分頻容易實現,所以被廣泛應用到RTC模塊.(在主電源VDD有效的情況下(待機),RTC還可以配置鬧鐘事件使STM32退出待機模式).

RTC復位過程

除了RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器外，所有的系統寄存器都由系統復位或電源復位進行異步復位。
RTC_PRL、RTC_ALR、RTC_CNT和RTC_DIV寄存器僅能通過備份域復位信號復位。

系統復位後,禁止訪問後備寄存器和RCT,防止對後衛區域(BKP)的意外寫操作

RTC中斷

秒中斷：
這裏時鐘自帶一個秒中斷，每當計數加一的時候就會觸發一次秒中斷，。注意，這裏所說的秒中斷並非一定是一秒的時間，它是由RTC時鐘源和分頻值決定的“秒”的時間，當然也是可以做到1秒鐘中斷一次。我們通過往秒中斷裏寫更新時間的函數來達到時間同步的效果

鬧鐘中斷：
鬧鐘中斷就是設置一個預設定的值，計數每自加多少次觸發一次鬧鐘中斷

CubeMX配置RTC

工程創建

1設置RCC

設置高速外部時鐘HSE 選擇外部時鐘源
使能外部晶振LSE

RTC設備因爲其獨特的運行方式（即掉電依舊運行）使用HSE分頻時鐘或者LSI的時候,在主電源VDD掉電的情況下,這兩個時鐘來源都會受到影響，資源消耗太大，小小的鈕釦電池根本吃不消。沒法保證RTC正常工作.所以RTC一般都時鐘低速外部時鐘LSE

2.配置RTC

Activate Clock Source 激活時鐘源
Activate calendar激活日曆

這兩個都要點，作用也很明顯，先是使能時鐘源，再使能RTC日曆

RTC_OUT： Not RTC_OUT
Tamper： ×

第一個是是否使能 tamper（PC13）引腳上輸出校正的秒脈衝時鐘，

第二個： RTC入侵檢測校驗功能

RTC校驗功能，使能侵入檢測功能。RTC時鐘經64分頻輸出到侵入檢測引腳TAMPER上
當 TAMPER引腳上的信號從 0變成1或者從 1變成 0(取決於備份控制寄存器BKP_CR的 TPAL位)，會產生一個侵入檢測事件。侵入檢測事件將所有數據備份寄存器內容清除。

也就是第一個是使能tamper（PC13）引腳作爲時鐘脈衝輸出
第二個是使能tamper（PC13）引腳作爲入侵檢測功能

下面是兩個RTC的中斷：

RTC全局中斷RTC_IRQHandler()
鬧鐘中斷函數RTCAlarm_IRQHandler()

此處設置時間爲2020/04/25 13:30:00

Data Format: 日期格式

Binary data format 十六進制
BCD data format BCD碼進制

使用自動配置，初始化時間必須使用BCD data format，原因是庫函數存在bug，如果使用Binary data format，月份配置會出錯，比如說11月，配置時會賦值爲RTC_MONTH_NOVEMBER，而此宏定義值爲0x11，也就是說其十進制值爲17

Hours：小時
Minutes：分鐘
Seconds：秒
Week Day：星期
Month 月份
Date：日期
Year：年份

3 使能串口

使能一下串口，因爲發送日期到上位機

4時鐘源設置

我的是外部晶振爲8MHz

1選擇外部時鐘HSE 8MHz
2PLL鎖相環倍頻9倍
3系統時鐘來源選擇爲PLL
4設置APB1分頻器爲 /2
5 使能CSS監視時鐘
6 設置RTC時鐘爲LSE

32的時鐘樹框圖如果不懂的話請看《【STM32】系統時鐘RCC詳解(超詳細，超全面)》

5項目文件設置

1 設置項目名稱
2 設置存儲路徑
3 選擇所用IDE

6創建工程文件

然後點擊GENERATE CODE 創建工程

配置下載工具
新建的工程所有配置都是默認的我們需要自行選擇下載模式，勾選上下載後復位運行

RTC_HAL庫函數

/*設置系統時間*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetTime(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_TimeTypeDef *sTime, uint32_t Format) 
/*讀取系統時間*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetTime(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_TimeTypeDef *sTime, uint32_t Format)
/*設置系統日期*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetDate(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_DateTypeDef *sDate, uint32_t Format)
/*讀取系統日期*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetDate(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_DateTypeDef *sDate, uint32_t Format)
/*啓動報警功能*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetAlarm(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_AlarmTypeDef *sAlarm, uint32_t Format)
/*設置報警中斷*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_SetAlarm_IT(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_AlarmTypeDef *sAlarm, uint32_t Format)
/*報警時間回調函數*/
__weak void HAL_RTC_AlarmAEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
/*寫入後備儲存器*/
void HAL_RTCEx_BKUPWrite(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t BackupRegister, uint32_t Data)
/*讀取後備儲存器*/
uint32_t HAL_RTCEx_BKUPRead(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t BackupRegister

我們可以看到前面的四個函數，分別是

設置系統時間：HAL_RTC_SetTime();
讀取系統時間: HAL_RTC_GetTime();
設置系統日期: HAL_RTC_SetDate();
讀取系統日期: HAL_RTC_GetDate();

因爲系統的時間和日期開始的時候已經設置過了，所以我們這裏只用兩個讀取函數

讀取系統時間函數

/*讀取系統時間*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetTime(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_TimeTypeDef *sTime, uint32_t Format)

功能：獲取RTC時鐘的時間

參數：

*hrtc RTC結構體參數例：&hi2c2
RTC_TimeTypeDef *sTime：獲取RTC時間的結構體，
Format： 獲取時間的格式
RTC_FORMAT_BIN 使用16進制
RTC_FORMAT_BCD 使用BCD進制

讀取系統日期函數

/*讀取系統日期*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetDate(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_DateTypeDef *sDate, uint32_t Format)

功能：獲取RTC時鐘的日期

參數：

*hrtc RTC結構體參數例：&hi2c2
RTC_DateTypeDef *sTime：獲取RTC日期的結構體，
Format： 獲取日期的格式
RTC_FORMAT_BIN 使用16進制
RTC_FORMAT_BCD 使用BCD進制

在stm32f1xx_hal_rtc.h頭文件中，可以找到RTC_TimeTypeDef，RTC_DateTypeDef這兩個結構體的成員變量。

/**
  * @brief  RTC Time structure definition
  */
typedef struct
{
  uint8_t Hours;            /*!< Specifies the RTC Time Hour.
                                 This parameter must be a number between Min_Data = 0 and Max_Data = 23 */

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

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

} RTC_TimeTypeDef;

/**
  * @brief  RTC Date structure definition
  */
typedef struct
{
  uint8_t WeekDay;  /*!< Specifies the RTC Date WeekDay (not necessary for HAL_RTC_SetDate).
                         This parameter can be a value of @ref RTC_WeekDay_Definitions */

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

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

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

} RTC_DateTypeDef;

程序代碼：

main.c

在main.c中重寫fputc函數，使得能夠使用printf函數

#include "stdio.h"


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

定義兩個結構體來獲取日期和時間：

RTC_DateTypeDef GetData;  //獲取日期結構體

RTC_TimeTypeDef GetTime;   //獲取時間結構體

在while循環中添加：

	  /* 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);

      printf("\r\n");

      HAL_Delay(1000);

程序中使用HAL_RTC_GetTime（）,HAL_RTC_GetDate()讀取時間和日期，並保存到結構體變量中，然後通過串口輸出讀取的時間和日期。

例程測試正常：

RTC掉電重置

但是呢，在hal庫中生成的代碼，每次斷電就RTC時間會重置，每次上電都會重新初始化時間

因爲HAL庫設置了一個BKP寄存器保存一個標誌。每次單片機啓動時都讀取這個標誌並判斷是不是預先設定的值：如度果不是就初始化RTC並設置時間，再設置標誌爲預期值；如果是預期值就跳過初始化和時間設置，繼續執行後面的程序

所以這裏我們只需要每次上電執行RTC初始化之前，將標誌設置爲預期值即可

在rtc.c中的RTC_Init修改爲以下內容即可

 void MX_RTC_Init(void)
{

  /* USER CODE BEGIN RTC_Init 0 */
		RTC_TimeTypeDef time;   //時間結構體參數
		RTC_DateTypeDef datebuff;   //日期結構體參數
  /* USER CODE END RTC_Init 0 */

  RTC_TimeTypeDef sTime = {0};
  RTC_DateTypeDef DateToUpdate = {0};

  /* USER CODE BEGIN RTC_Init 1 */
	__HAL_RCC_BKP_CLK_ENABLE();       //開啓後備區域時鐘
	__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();		  //開啓電源時鐘
  /* 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();
  }

  /* USER CODE BEGIN Check_RTC_BKUP */
	if(HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc,RTC_BKP_DR1)!= 0x5051)
	{
		
  /* USER CODE END Check_RTC_BKUP */

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

  if (HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  DateToUpdate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_SATURDAY;
  DateToUpdate.Month = RTC_MONTH_APRIL;
  DateToUpdate.Date = 0x25;
  DateToUpdate.Year = 0x20;

  if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &DateToUpdate, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  /* USER CODE BEGIN RTC_Init 2 */

	__HAL_RTC_SECOND_ENABLE_IT(&hrtc,RTC_IT_SEC);	 //開啓RTC時鐘秒中斷
	datebuff = DateToUpdate;  //把日期數據拷貝到自己定義的data中
	HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR1, 0x5051);//向指定的後備區域寄存器寫入數據
	HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR2, (uint16_t)datebuff.Year);
	HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR3, (uint16_t)datebuff.Month);
	HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR4, (uint16_t)datebuff.Date);
	HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR5, (uint16_t)datebuff.WeekDay);
	
  }
	else
	{
		datebuff.Year    = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR2);
		datebuff.Month   = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR3);
		datebuff.Date    = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR4);
		datebuff.WeekDay = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR5);
		DateToUpdate = datebuff;
		if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &DateToUpdate, RTC_FORMAT_BIN) != HAL_OK)
		{
			Error_Handler();
		}
		__HAL_RTC_SECOND_ENABLE_IT(&hrtc,RTC_IT_SEC);	 //開啓RTC時鐘秒中斷		
	}
	


}

【STM32】HAL庫 STM32CubeMX教程十三---RTC時鐘

什麼是RTC

RCT特徵：

RTC原理框圖

RTC具體流程：

RTC時鐘選擇

RTC復位過程

RTC中斷

CubeMX配置RTC

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