STM32物联网项目-RTC时钟

RTC时钟

RTC简介

实时时钟是一个独立的定时器。RTC模块拥有一组连续计数的计数器，在相应软件配置下，可提供时钟日历的功能。修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期。

RTC模块和时钟配置系统(RCC_BDCR寄存器)处于后备区域，即在系统复位或从待机模式唤醒后，RTC的设置和时间维持不变。

系统复位后，对后备寄存器和RTC的访问被禁止，这是为了防止对后备区域(BKP)的意外写操作。

执行以下操作将使能对后备寄存器和RTC的访问：

1、设置寄存器RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN位，使能电源和后备接口时钟

2、设置寄存器PWR_CR的DBP位，使能对后备寄存器和RTC的访问。

实验目标

通过串口可以设置RTC时钟的日期和时间，设置好后，可以在数码管上显示设定的时间，同时日期和时间也会被实时发送到串口上进行显示；并且系统复位或者断电后，RTC的时钟依然运行

RTC供电

由STM32电源框图可以看到，当主电源VDD掉电后，通过VBAT脚为实时时钟(RTC)和备份寄存器提供电源

因为RTC时钟在系统断电后需要继续工作，就需要用电池连接到V_BAT引脚上，给RTC提供电源，当电池被拔掉后，RTC也不能工作了

CubeMX配置

RTC配置

激活RTC

参数默认即可

时钟树配置

选择外部32.768KHz的低速时钟源，直接给到RTC时钟

从时钟树可以看出，RTC时钟源还可以选择HSE的128分频和内部低速时钟LSI RC，那为什么要使用LSE外部低速时钟源呢？

因为HSE在系统断电后是不起振了，无法提供时钟源，而内部LSI随着芯片停止工作也不起振，还有原因是LSE比较精确

串口1配置

因为需要串口来设置时间和打印时间，所以初始化串口1

程序

Public.c

因为使用到串口输入字符串来设置RTC的时钟，所以与printf函数重定向一样，将 getchar 的底层函数 fgetc 映射到物理串口，后面只需使用getchar()函数即可接收串口发来的信息

/*
* @name   fgetc
* @brief  fgetc映射到物理串口
* @param  None
* @retval ch:已接收的字符
*/
int fgetc(FILE* f)
{
  uint8_t ch = 0;
  //通过查询方法等待接收
  HAL_UART_Receive(&huart_debug,&ch,1,0xFFFF);
  return ch;
}
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MyRTC.c

设置RTC的日期和时间，日期就是年，月，日，星期，时间是时，分，秒，进入函数会首先判断RTC备份寄存器1的值，因为该寄存器不会被系统复位，断电复位或者待机模式唤醒复位，在设置好一次RTC的日期和时间后，往该寄存器里写入一个随机值，下次就会通过判断该寄存器的值，如果没被修改，则说明已经设置过日期和时间，不用再设置，如果值被修改，则进行设置日期和时间的操作

有两种方法可修改RTC的值，方法一：修改备份寄存器的值，通过触摸按键来实现；方法二：系统断电的时候拔掉V_BAT的电池，RTC则停止工作，上电后会重新设置时间

/*
* @name   Calendar_Set
* @brief  设置日历
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Calendar_Set()
{
  /*上电复位时，读取RTC备份寄存器1的值，如果为0xAAAA，表示已经设置了时间，不需要重新设置
  
  注：0xAAAA是自己随便设定的值，该寄存器不会被系统复位，电源复位或从待机模式唤醒而复位，
  所以该寄存器的值在断电后依然保持不变，判断该寄存器是否有预设定值，有就表示已经设置了时间
  */
  if(HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc,RTC_BKP_DR1) != 0xAAAA)
  {
    printf("开始设置RTC的日期和时间\r\n\r\n");
    RTC_Date_Set();   //设置日期
    RTC_Time_Set();   //设置时间

    //设置完日期和时间后写RTC备份寄存器1的值，表示日期和时间已经设定
    HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc,RTC_BKP_DR1,0xAAAA);
  }
  else
  {
    printf("RTC的日期和时间已经设置\r\n\r\n");
    printf("重新设置的方法如下:\r\n");
    printf("方法一：长按触摸按键1两秒以上\r\n");
    printf("方法二：系统断电，同时拔掉RTC电池\r\n");
  }
}
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设置RTC日期

定义一个日期结构体变量，从串口接收年，月，日的数据后，调用函数HAL_RTC_SetDate将日期写入到结构体变量中；

设置RTC时间的函数类似，只是最大值不同，时钟是23，分钟是59，秒钟也是59

/*
* @name   RTC_Date_Set
* @brief  设置RTC日期
* @param  None
* @retval None   
*/
static void RTC_Date_Set()
{
  RTC_DateTypeDef RTC_DateStruct;   //定义一个日期结构体变量
  uint8_t SetValue;

  printf("=============日期设置===========\r\n");
  printf("请输入年份(00-99)：20\r\n");
  //等待串口设置
  SetValue = 0xFF;
  while(SetValue == 0xFF)
  {
    //对串口输入值进行校验后，再赋给SetValue，参数99表示年份的最大值
    SetValue = Input_RTC_SetValue(99);
  }
  printf("年份被设置为：20%02u\r\n",SetValue);
  RTC_DateStruct.Year = SetValue;

  printf("请输入月份(1-12):\r\n");
  SetValue = 0xFF;
  while(SetValue == 0xFF)
  {
    SetValue = Input_RTC_SetValue(12);
    if(SetValue == 0x00)
    {
      printf("月份不能设置为0，请重新输入月份:\r\n");
      SetValue = 0xFF;
    }
  }
  printf("月份被设置为：%02u\r\n",SetValue);
  RTC_DateStruct.Month = SetValue;

  printf("请输入日期(01-31):\r\n");
  SetValue = 0xFF;
  while(SetValue == 0xFF)
  {
    SetValue = Input_RTC_SetValue(31);
    if(SetValue == 0x00)
    {
      printf("日期不能设置为0，请重新输入日期:\r\n");
      SetValue = 0xFF;
    }
  }
  printf("日期被设置为：%02u\r\n",SetValue);
  RTC_DateStruct.Date = SetValue;

  //设置日期——二进制数据格式
  HAL_RTC_SetDate(&hrtc,&RTC_DateStruct,RTC_FORMAT_BIN);
}
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stm32f1xx_hal_rtc.h

通过查看RTC的HAL库头文件可以看到，RTC日期结构体的年份的取值范围是0到99，所以不能直接设置如2022这样的数值，但串口打印年份时可加上2000，数码管显示同理

/**
  * @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;

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MyRTC.c

Input_RTC_SetValue函数是接收串口的设置值，并判断其有效性

/*
* @name   Input_RTC_SetValue
* @brief  输入RTC设置值
* @param  None
* @retval None   
*/
static uint8_t Input_RTC_SetValue(uint8_t MaxValue)
{
  uint8_t SetValue = 0;                 //返回值
  uint8_t Value_Arr[2] = {0};     //串口接收缓存
  uint8_t Index = 0;

  //以等待方式从串口2接收两个字符
  while (Index < 2)
  {
    //等待串口接收数据
    Value_Arr[Index++] = getchar();
    //校验数据有效性
    if((Value_Arr[Index-1] < '0')||(Value_Arr[Index-1] > '9'))
    {
      printf("请输入0 到 9之间的数字-->\r\n");
      Index--;    //下标减1，重新接收
    }
  }
  //接收到的两个字符转化为数值
  SetValue = (Value_Arr[0]-'0')*10 +(Value_Arr[1]-'0');
  //判断返回值有效性
  if(SetValue > MaxValue)
  {
    printf("请输入 0 到 %d 之间的数字\r\n",MaxValue);
    SetValue = 0xFF;
  }
  return SetValue;
}
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只需调用HAL库的RTC获取日期和时间就能得到刚刚通过串口设置的值，通过指针,MyRTC.pRTC_DataStruct保存到文件开头定义的结构体变量中

/*
* @name   Calendar_Get
* @brief  获取日历
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Calendar_Get()
{
  //获取当前日期
  HAL_RTC_GetDate(&hrtc,MyRTC.pRTC_DataStruct,RTC_FORMAT_BIN);
  //获取当前时间
  HAL_RTC_GetTime(&hrtc,MyRTC.pRTC_TimeStruct,RTC_FORMAT_BIN);
}
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System.c

主函数判断RTC的设置标志位RTC_Set_Flag，该标志位初始化为TRUE，所以一上电就会先进行RTC的日期和时间设置

/*
* @name   Run
* @brief  系统运行
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Run()
{
  if(MyRTC.RTC_Set_Flag == TRUE)
  {
    MyRTC.RTC_Set_Flag = FALSE;
    //设置RTC日期和时间
    MyRTC.Calendar_Set();
  }
  //获取RTC日期和时间
  MyRTC.Calendar_Get();
  //显示RTC日期和时间
  MyRTC.Calendar_Show();

  //延时
  HAL_Delay(1000);
}
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注意：

分析框图，RTC的后备区域没有日期寄存器，断电恢复后，没法直接读取日期；如果需要读取断电恢复后日期更新值，有两种方法：

方法一：使用高级些的MCU，比如STM32F4，RTC自带日期寄存器。缺点：MCU成本贵

方法二：利用32位可编程计数器进行计算。具体方法是：假定计数器为0时，为一个起始日期，比如2000年1月1日；设定日期后，减去起始日期，换算成秒钟初始化给计数器；断电后，计数器值不重新装载，与设定日期对比，换算出当前日期。

缺点:

1、不能使用HAL库编程，因为这种方法是自己设计的，没有库函数

2、需要CPU大量计算，效率低;

3、RTC溢出与闹钟功能不可用。

实验效果