【STM32】HAL库 STM32CubeMX教程十三—RTC时钟

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

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
【STM32】RTC实时时钟，步骤超细详解，一文看懂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。

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述
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 。
在这里插入图片描述 g)
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)。
在这里插入图片描述
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
在这里插入图片描述

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
在这里插入图片描述

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()

在这里插入图片描述

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
在这里插入图片描述
使能一下串口，因为发送日期到上位机

4时钟源设置
在这里插入图片描述

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
在这里插入图片描述

1 设置项目名称
2 设置存储路径
3 选择所用IDE

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

在这里插入图片描述

RTC_HAL库函数

/*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

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

/*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

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。

/** * @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;

程序代码：

main.c

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);

      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。

例程测试正常：
在这里插入图片描述

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

 void MX_RTC_Init(void)
{ 
   

  /* USER CODE BEGIN RTC_Init 0 */
		RTC_TimeTypeDef time;   //时间结构体参数
		RTC_DateTypeDef datebuff;   //日期结构体参数
  /* 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();       //开启后备区域时钟
	__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();		  //开启电源时钟
  /* 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);	 //开启RTC时钟秒中断
	datebuff = DateToUpdate;  //把日期数据拷贝到自己定义的data中
	HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR1, 0x5051);//向指定的后备区域寄存器写入数据
	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);	 //开启RTC时钟秒中断 
	}
	


}