stm32之BKP備份寄存器和RTC時鐘

目錄

  • 1.時間戳
    • 1.1 Unix時間戳
    • 1.2 UTC/GMT
    • 1.3 時間戳轉換
      • **1.** `time_t time(time_t*)`
      • **2.** `struct tm* gmtime(const time_t*)`
      • **3.** `struct tm* localtime(const time_t*)`
      • **4.** `time_t mktime(struct tm*)`
      • **5.** `char* ctime(const time_t*)`
      • **6.** `char* asctime(const struct tm*)`
      • **7.** `size_t strftime(char*, size_t, const char*, const struct tm*)`
  • 2.BKP
    • 2.1 簡介
        • **寄存器資源**
        • **PC13 引腳功能**
    • 2.2 基本結構
  • 3.RTC時鐘
    • 3.1 簡介
      • **3.1.1 RTC 的主要特性**
      • **3.1.2 訪問 RTC 的流程**
      • **3.1.3 RTC 的典型應用**
      • **3.1.4 RTC 的優勢**
    • 3.2 框圖（詳細結構）
    • 3.3 RTC 的基本結構
    • 3.4 硬件電路
    • 3.5 使用注意事項
      • **3.5.1 使能對 BKP 和 RTC 的訪問**
      • **3.5.2 同步寄存器（RSF）狀態**
      • **3.5.3 進入 RTC 配置模式**
      • **3.5.4 寫操作完成前必須等待**
      • **3.5.5 概括**
        • **關鍵操作流程**
        • **可能的錯誤操作**
        • **優化建議**
  • 4.實驗
  • 5.擴展

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1.時間戳

1.1 Unix時間戳

Unix 時間戳定義為從 UTC 時間的 1970 年 1 月 1 日 0 點 0 分 0 秒（稱為 Unix 紀元時間，Epoch Time）開始，所經過的總秒數，不考慮閏秒的影響。

時間戳是通過一個整數型變量存儲的，常見的位寬是 32 位 或 64 位：

  • 32 位整數：能夠記錄約 136 年（正負 68 年）。
  • 64 位整數：可記錄的時間范圍非常寬，基本可以覆蓋所有時間需求。

秒計數器記錄的是 UTC 時間，與不同的時區無關。

全世界所有地區的秒計數器值相同，但通過添加偏移量（時區）可以換算成當地時間。

  • UTC 的 1970 年 1 月 1 日 0:0:0 對應秒計數器為 0。
  • 北京時間（UTC+8）的 1970 年 1 月 1 日 8:0:0 對應的秒計數器值仍為 0。

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  • 計數器值為 0 時：

    • UTC 時間：1970-1-1 0:0:0
    • 北京時間：1970-1-1 8:0:0

  • 秒計數器值為 10,000,000,000：

    • UTC 時間：2001-9-9 1:46:40
    • 北京時間：2001-9-9 9:46:40

  • 秒計數器值為 1,672,588,795：

    • UTC 時間：2023-1-1 15:59:55
    • 北京時間：2023-1-1 23:59:55

1.2 UTC/GMT

  1. GMT（Greenwich Mean Time，格林尼治標準時間）：
    • GMT 是一種基于地球自轉的時間計量系統。
    • 地球每自轉一周被劃分為 24 小時，時間間隔是均勻的，用來作為時間標準。
    • GMT 主要用于歷史上的時間定義，現代已經逐漸被更精準的 UTC 替代。
  1. UTC（Universal Time Coordinated，協調世界時）：
    • UTC 是一種基于原子鐘的時間計量系統，是目前全球通用的時間標準。
    • UTC 的定義：
      • 1 秒被精確定義為：銫 133 原子基態的兩個超精細能級間在零磁場下輻射 9,192,631,770 周持續的時間。
    • UTC 的調整機制：
      • 地球自轉的時間并非完全均勻，地球自轉一天的時間與 UTC 之間的差異可能會超過 0.9 秒。
      • 為了保持協調一致，UTC 會通過閏秒來調整時間，使其與地球自轉周期保持同步。
  1. 兩者的區別：
    • GMT 基于地球自轉，時間間隔固定，但相對不夠精確。
    • UTC 基于原子鐘，精準度更高，可以通過調整閏秒與地球自轉周期保持一致。

1.3 時間戳轉換

語言的time.h模塊提供了時間獲取和時間戳轉換的相關函數，可以方便地進行秒計數器、日期時間和字符串之間的轉換

函數作用
time_t time(time_t*);獲取系統時鐘
struct tm* gmtime(const time_t*);秒計數器轉換為日期時間（格林尼治時間）
struct tm* localtime(const time_t*);秒計數器轉換為日期時間（當地時間）
time_t mktime(struct tm*);日期時間轉換為秒計數器（當地時間）
char* ctime(const time_t*);秒計數器轉換為字符串（默認格式）
char* asctime(const struct tm*);日期時間轉換為字符串（默認格式）
size_t strftime(char*, size_t, const char*, const struct tm*);日期時間轉換為字符串（自定義格式）

img

1. time_t time(time_t*)

獲取系統當前時間的秒計數器值（Unix 時間戳）。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {time_t current_time;current_time = time(NULL); // 獲取當前時間戳printf("當前時間的時間戳是：%ld\n", current_time);return 0;
}

輸出示例：

當前時間的時間戳是：1672588795

2. struct tm* gmtime(const time_t*)

將秒計數器轉換為 UTC 格式的日期時間。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {time_t current_time = time(NULL); // 獲取當前時間戳struct tm *utc_time = gmtime(&current_time); // 轉換為 UTC 時間printf("UTC 時間是：%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\n",utc_time->tm_year + 1900, // 年從 1900 開始utc_time->tm_mon + 1,     // 月從 0 開始utc_time->tm_mday,utc_time->tm_hour,utc_time->tm_min,utc_time->tm_sec);return 0;
}

輸出示例：

UTC 時間是：2023-01-01 16:59:55

3. struct tm* localtime(const time_t*)

將秒計數器轉換為本地時間（根據時區調整）。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {time_t current_time = time(NULL); // 獲取當前時間戳struct tm *local_time = localtime(&current_time); // 轉換為本地時間printf("本地時間是：%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\n",local_time->tm_year + 1900,local_time->tm_mon + 1,local_time->tm_mday,local_time->tm_hour,local_time->tm_min,local_time->tm_sec);return 0;
}

輸出示例：

本地時間是：2023-01-01 23:59:55

4. time_t mktime(struct tm*)

將本地時間結構轉換為秒計數器。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {struct tm time_info = {0};// 設置一個本地時間：2023-01-01 12:00:00time_info.tm_year = 2023 - 1900; // 年份從 1900 開始time_info.tm_mon = 0;            // 月份從 0 開始time_info.tm_mday = 1;time_info.tm_hour = 12;time_info.tm_min = 0;time_info.tm_sec = 0;time_t timestamp = mktime(&time_info); // 轉換為時間戳printf("2023-01-01 12:00:00 的時間戳是：%ld\n", timestamp);return 0;
}

輸出示例：

2023-01-01 12:00:00 的時間戳是：1672545600

5. char* ctime(const time_t*)

將時間戳轉換為默認格式的字符串（含換行符）。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {time_t current_time = time(NULL); // 獲取當前時間戳char *time_string = ctime(&current_time); // 轉換為字符串printf("當前時間是：%s", time_string); // 輸出字符串（帶換行符）return 0;
}

輸出示例：

當前時間是：Sun Jan  1 23:59:55 2023

6. char* asctime(const struct tm*)

將日期時間結構轉換為默認格式的字符串（含換行符）。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {struct tm time_info = {0};// 設置一個時間結構time_info.tm_year = 2023 - 1900;time_info.tm_mon = 0;time_info.tm_mday = 1;time_info.tm_hour = 12;time_info.tm_min = 0;time_info.tm_sec = 0;char *time_string = asctime(&time_info); // 轉換為字符串printf("時間是：%s", time_string); // 輸出字符串（帶換行符）return 0;
}

輸出示例：

時間是：Sun Jan  1 12:00:00 2023

7. size_t strftime(char*, size_t, const char*, const struct tm*)

將日期時間結構轉換為自定義格式的字符串。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {time_t current_time = time(NULL); // 獲取當前時間戳struct tm *local_time = localtime(&current_time); // 轉換為本地時間char buffer[100];// 自定義格式化：年-月-日 小時:分鐘:秒strftime(buffer, sizeof(buffer), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", local_time);printf("當前本地時間是：%s\n", buffer);return 0;
}

輸出示例：

當前本地時間是：2023-01-01 23:59:55

2.BKP

2.1 簡介

BKP 的基本功能：

  1. 存儲用戶數據：
    • BKP 提供了一組獨立的寄存器，能夠存儲應用程序的重要數據，例如系統狀態、傳感器校準參數等。
    • 在大容量和互聯型產品中，BKP 提供了 42 個 16 位寄存器，可存儲 84 字節數據。
    • 在中容量和小容量產品中，BKP 僅提供 20 字節數據寄存器。
  1. 掉電保護：
    • BKP 工作在備份域（Backup Domain）中，由 VBAT 供電。
    • 即使主電源 VDD 被切斷，BKP 寄存器的數據仍然不會丟失。
    • 這種特性非常適合存儲掉電后仍需保存的數據，例如：
      • 實時時鐘（RTC）配置。
      • 防篡改事件標志。
      • 系統重要的用戶數據。
  1. 復位保護：
    • 當系統處于待機模式被喚醒時，或者發生 系統復位 或 電源復位 時，備份寄存器的數據仍然保持不變。
    • 只有特定的備份域復位操作（通過設置 RCC_BDCR 寄存器的 BDRST 位）才能清除 BKP 數據。

BKP 控制寄存器：

備份寄存器的控制寄存器（BKP_CR）用于管理以下功能：

  1. 防篡改檢測：
    • BKP 控制寄存器支持 防篡改檢測（Tamper Detection） 功能。
    • 當檢測到未授權的訪問或數據篡改時，可以觸發中斷以通知系統。
    • 具體防篡改功能包括：
      • 數據被篡改時產生中斷。
      • 清除備份寄存器數據。
  1. RTC 校準功能：
    • BKP 控制寄存器可以配合 RTC 校準功能使用。
    • 用于存儲 RTC 校驗值、調節 RTC 校準值，并提供時鐘輸出到 PC13 引腳。
  1. 支持多種輸出功能：
    • BKP 控制寄存器能夠控制在 PC13 引腳上輸出不同信號：
      • RTC 校準時鐘。
      • RTC 鬧鐘脈沖。
      • RTC 秒脈沖。

如何訪問 BKP 寄存器：

默認情況下，備份域和備份寄存器被保護，無法直接訪問。以下是訪問流程：

  1. 使能時鐘：
    • 設置 RCC_APB1ENR 寄存器的 PWREN 位 和 BKPEN 位，打開電源和后備接口的時鐘。
  1. 解除寫保護：
    • 設置電源控制寄存器（PWR_CR）的 DBP 位（Disable Backup Domain Write Protection）。
    • 只有在該位被置位后，才能對備份寄存器和 RTC 進行寫操作。
  1. 備份域復位（可選）：
    • 如果需要清空備份域的數據（包括 RTC 和 BKP 寄存器），可以設置 RCC_BDCR 寄存器的 BDRST 位。

BKP 的應用場景：

BKP 寄存器的主要應用場景如下：

  1. 存儲關鍵數據：
    • 可以存儲掉電后需要保留的重要數據，例如：
      • RTC 時間。
      • 校準參數。
      • 加密密鑰。
      • 系統配置。
  1. 防篡改檢測：
    • 用于檢測是否存在未授權的數據訪問或修改。
    • 一旦檢測到篡改，可以通過中斷通知系統，同時清除備份寄存器中的數據。
  1. RTC 校準：
    • 配合 RTC 使用，用于存儲 RTC 校驗值，并在 PC13 引腳輸出校準信號、鬧鐘脈沖或秒脈沖。
  1. 數據備份：
    • 當系統進入低功耗或待機模式時，BKP 是一種可靠的數據存儲方案。

BKP 的硬件資源:

寄存器資源

在大容量和互聯型產品中，BKP 包括：

  • 42 個 16 位的備份寄存器（BKP_DR1 到 BKP_DR42），每個寄存器可以存儲 2 字節，共計 84 字節。
  • BKP 控制寄存器，用于配置防篡改檢測和 RTC 校準功能。
PC13 引腳功能

PC13 引腳在 BKP 配置中支持輸出以下信號：

  • RTC 校準時鐘（RTC_CALIB_CLK）。
  • RTC 鬧鐘脈沖（RTC_ALARM）。
  • RTC 秒脈沖（RTC_SECOND）。

使用 BKP 的注意事項

  1. 寫保護機制：
    • 默認情況下，備份域和 BKP 寄存器是受保護的，必須按照正確的流程解鎖才能進行寫操作。
    • 避免意外寫入或修改。
  1. VBAT 電源支持：
    • 確保在主電源斷電時，VBAT 能夠正常供電，以保證 BKP 數據不會丟失。
  1. 防篡改檢測的正確配置：
    • 如果使用防篡改檢測功能，應正確設置中斷處理程序，以防止誤報或數據丟失。
  1. 低功耗模式的應用：
    • 在進入待機或低功耗模式時，可以將重要數據寫入 BKP，以便喚醒后能夠快速恢復狀態。

2.2 基本結構

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3.RTC時鐘

3.1 簡介

RTC（Real Time Clock，實時時鐘）是一種獨立的定時器模塊，用于提供時間和日歷功能。它包含一個連續計數的計數器，在適當的軟件配置下，能夠提供精確的時間跟蹤和日期維護功能。RTC 模塊特別適合需要低功耗、掉電保護的嵌入式應用場景。

RTC 是嵌入式系統（如 STM32 微控制器）中非常重要的功能模塊之一，其設計允許在系統復位或待機模式喚醒后保持時間和設置不變。它在后備域（Backup Domain）內工作，利用備用電池（VBAT）維持供電，即使主電源關閉，RTC 的計時功能仍然能正常運行。

3.1.1 RTC 的主要特性

\1. 靈活的計時功能

  • RTC 模塊提供一個 32 位的連續計數器，用于測量較長的時間段。
  • 通過軟件可以設置和修改計數器的值，以重新定義當前的時間和日期。

\2. 可編程的預分頻器

  • RTC 允許配置一個可編程的預分頻系數，最高可以分頻到 2^20。
  • 通過調整分頻系數，可以精確地設置 RTC 的時鐘頻率，以滿足不同的時間基準需求。

\3. 獨立的時鐘源

RTC 模塊支持以下三種時鐘源，具體選擇由硬件設計和應用需求決定：

  1. HSE（High-Speed External）時鐘：
    • 高速外部振蕩器時鐘（HSE）可以通過除以 128 的方式作為 RTC 時鐘源。
    • 高速時鐘一般供內部的應用程序和主要外設使用
  1. LSE（Low-Speed External）振蕩器：
    • 低速外部振蕩器時鐘（通常為 32.768 kHz 晶體），提供高穩定性，非常適合 RTC。
    • 低速時鐘主要給看門狗和RTC時鐘使用
  1. LSI（Low-Speed Internal）振蕩器：
    • 低速內部振蕩器（內部 40 kHz 振蕩器），功耗較低，但精度略遜于 LSE。

注意：RTC 的時鐘頻率必須低于 APB1 接口時鐘（PCLK1）的四分之一。

\4. 多種復位類型

RTC 支持兩種不同類型的復位：

  1. 系統復位：
    • APB1 接口由系統復位控制。
  1. 后備域復位：
    • RTC 核心（包括預分頻器、鬧鐘、計數器和分頻器）僅受后備域復位的影響。通過設置 RCC_BDCR 寄存器的 BDRST 位，可以復位 RTC 核心。

\5. 多種中斷功能

RTC 提供 3 種專門的中斷功能，能夠實現豐富的時間事件管理：

  1. 鬧鐘中斷：
    • RTC 可以配置一個軟件可編程的鬧鐘，觸發鬧鐘中斷，常用于定時喚醒或事件提醒。
  1. 秒中斷：
    • 可產生一個周期性中斷信號，周期最長為 1 秒，適合用于定時任務。
  1. 溢出中斷：
    • 當 RTC 的 32 位計數器溢出（從最大值回滾到 0）時觸發，指示計數器循環完成。

\6. 持久性

  • RTC 位于備份域中，由備用電池（VBAT）供電。
  • 即使主電源 VDD 斷開，RTC 的計數器和設置仍能正常運行。
  • 系統復位或待機模式喚醒后，RTC 的配置和時間數據保持不變。

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4-16 MHz HSE OSC：外部的4-16MHz高速石英晶體振蕩器，也就是晶振，一般都是接8MHz。

  • 需要先進性128的分頻，后續的分頻器在進行適當的分頻，就可以輸出1Hz的頻率信號給計數器

LSE OSC 32.768 kHz：外部的 32.768 kHz（215）的低速晶振，一般是給RTC使用的（最常用）

LSI RC 40 KHz：內部的40 KHz低速RC晶振，可以提供給RTC，但一般是備用方案，給看門狗提供時鐘的情況比較多

3.1.2 訪問 RTC 的流程

默認情況下，RTC 和后備寄存器的訪問被禁止，這是為了防止意外的寫操作對關鍵數據造成破壞。以下步驟可以解鎖 RTC 和后備寄存器的訪問權限：

\1. 使能電源和后備接口時鐘

通過設置 RCC_APB1ENR 寄存器的以下兩位：

  • PWREN 位：使能電源模塊。
  • BKPEN 位：使能后備接口時鐘。

\2. 解除寫保護

設置 PWR_CR 寄存器的 DBP 位（Disable Backup Domain Write Protection）。

  • 解除寫保護后，可以對 RTC 和后備寄存器進行讀寫操作。

\3. 配置 RTC 時鐘源

在 RCC_BDCR 寄存器中選擇 RTC 的時鐘源，常見配置為：

  • 設置 RTCSEL 位 選擇時鐘源（LSE、LSI 或 HSE）。
  • 通過設置 RTCEN 位 啟用 RTC。

\4. 后備域復位（可選）

如果需要重置 RTC 的配置，可以通過設置 RCC_BDCR 寄存器的 BDRST 位 觸發后備域復位。

3.1.3 RTC 的典型應用

\1. 時間和日歷功能

RTC 的主要應用是提供精確的時間和日期跟蹤功能。結合 32 位計數器和軟件支持，可以實現年、月、日、時、分、秒等信息的完整計算和管理。

\2. 鬧鐘功能

RTC 支持配置鬧鐘時間，當達到設定時間時，觸發鬧鐘中斷。常用于：

  • 定時喚醒嵌入式系統。
  • 提供定時提醒功能。

\3. 周期性事件管理

RTC 的秒中斷功能可以生成周期性信號，適合用于：

  • 定時任務。
  • 數據采集的時間基準。

\4. 超低功耗場景

RTC 模塊在主電源關閉或進入待機模式時，依然可以通過備用電池工作，適合需要長時間低功耗運行的應用場景。

\5. 數據采集和日志記錄

RTC 提供穩定的時間基準，可以用于時間戳記錄和數據采集。

3.1.4 RTC 的優勢

  1. 低功耗：RTC 工作在低功耗模式下，可以通過 VBAT 供電，適合掉電保護應用。
  2. 獨立性：RTC 獨立于主系統，即使 MCU 復位或掉電，時間信息也能保持不變。
  3. 多功能性：支持時間、日歷、鬧鐘、秒中斷和周期性事件管理。
  4. 高精度：結合 LSE 或 HSE 時鐘源，可以提供高精度的時間跟蹤。

3.2 框圖（詳細結構）

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RTC（實時時鐘）模塊位于 后備區域（Backup Domain） 中，依賴于備用電池（VBAT）供電，即使主電源關閉也可以保持運行。框圖主要由以下幾個模塊組成：

  • 時鐘輸入與分頻模塊
  • RTC 可編程計數器
  • 控制寄存器與中斷控制
  • 待機喚醒功能

這些模塊協同工作以實現 RTC 的時間計數、鬧鐘、秒中斷和溢出中斷等功能。

(1) APB1 總線與接口

  • RTC 通過 APB1 總線（Advanced Peripheral Bus 1）連接到系統。

  • APB1 接口是 RTC 的通信接口，它允許 MCU（主控制器）通過寄存器對 RTC 進行配置和讀取。

  • 注意：

    • APB1 接口的時鐘頻率 必須高于 RTC 時鐘頻率的 4 倍，確保數據通信的穩定性。

(2) RTC 時鐘源（RTCCLK）

  • RTC 時鐘源 RTCCLK 是 RTC 模塊運行的核心時鐘信號。支持三種時鐘源選擇：

    • HSE（高速外部時鐘）/128：高精度晶振時鐘。
    • LSE（低速外部振蕩器）：通常為 32.768 kHz 晶體，精度高、功耗低。
    • LSI（低速內部振蕩器）：40 kHz 內部振蕩器，功耗低，但精度稍差。

  • RTC 時鐘源通過 RCC 模塊配置。

(3) RTC 預分頻器

  • 預分頻器（RTC Prescaler）是 RTC 模塊的重要組成部分，用于將高頻時鐘（RTCCLK）分頻為更低的頻率，適合 RTC 計數器使用。

  • 功能：

    • 通過寄存器 RTC_PRL（重載值寄存器） 和 RTC_DIV（分頻器寄存器） 設置分頻值。
    • 比如，當輸入時鐘為 32.768 kHz，預分頻器設置為 32767 時，每秒觸發一次分頻輸出（1 Hz）。也就是PRL設置為32767（固定的），DIV初值可以設置為0，來一個輸入脈沖，DIV-1，溢出，輸出一個輸出脈沖，同時DIV被重載為32727；后面每來一個輸入脈沖，DIV的值減1，直到減到0時，再來一個輸入脈沖，DIV溢出，輸出一個脈沖信號，同時DIV繼續回到32767。實現每來一個32768脈沖的時鐘，輸出的是1脈沖的時鐘，也就是32.768 kHz被分頻為1Hz
    • 輸出時鐘作為 RTC 計數器（RTC_CNT） 的輸入時鐘。

(4) RTC 可編程計數器

  • RTC 計數器（RTC_CNT） 是一個 32 位的遞增計數器，用于存儲當前的時間值。

  • 工作原理：

    • RTC_CNT 每秒遞增 1（當預分頻器設置為 1 秒時基）。
    • 軟件可以讀取 RTC_CNT 的值來獲取當前的時間戳。
    • 計數器可以被設置為任意值，以實現時間的初始化或校準。

(5) 鬧鐘功能

  • RTC 提供 RTC_ALR（鬧鐘寄存器），用戶可以通過設置鬧鐘時間與 RTC_CNT 的值進行比較。

  • 當 RTC_CNT 的值與 RTC_ALR 相等時：

    • 觸發 RTC_Alarm 中斷。
    • 鬧鐘事件可以用于喚醒系統或執行定時任務。

(6) RTC 控制寄存器（RTC_CR）

  • RTC_CR 是 RTC 的核心配置寄存器，用于控制模塊功能和中斷管理。

  • 主要功能：

    • RTC_Second 中斷（SECF 和 SECIE）：
      • 每秒觸發一個中斷信號，用于實現周期性任務。
    • RTC_Overflow 中斷（OWF 和 OWIE）：
      • 當 RTC_CNT 溢出（從最大值回到 0）時觸發。但一般是不會觸發的，因為這里的CNT定義的是一個32位的無符號數，到2106年的時候才會溢出（時間戳）
    • RTC_Alarm 中斷（ALRF 和 ALRIE）：
      • 當 RTC_CNT 等于 RTC_ALR 的值時觸發。
    • 通過 NVIC 中斷控制器 管理中斷優先級和響應。

(7) 中斷和待機模式喚醒

  • RTC 的中斷信號（RTC_Alarm、RTC_Second、RTC_Overflow）可以觸發系統中斷，通過 NVIC 中斷控制器 傳遞給 CPU 處理。

  • 喚醒功能：

    • RTC_Alarm 信號還可以通過 WKUP pin（喚醒引腳） 喚醒系統，從待機模式恢復到正常運行模式。
    • 在低功耗應用中，RTC 是常用的喚醒觸發器。

(8) 后備區域與掉電保護

  • RTC 位于后備區域（Backup Domain），由備用電池（VBAT）供電。
  • 即使主電源關閉，RTC 的計數器和寄存器依然能正常運行。
  • 在掉電或復位后，通過 VBAT 保持 RTC 的設置和當前時間不丟失。

3.3 RTC 的基本結構

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(1) 初始化 RTC

  1. 選擇 RTC 時鐘源：
    • 配置 RCC 模塊，選擇 RTCCLK 的來源（LSE、LSI 或 HSE/128）。
  1. 配置預分頻器：
    • 設置 RTC_PRL 和 RTC_DIV，確保 RTC_CNT 每秒遞增 1（或其他所需頻率）。
  1. 解除寫保護：
    • 通過 PWR_CR 的 DBP 位解除后備域寫保護，允許修改 RTC 的配置。
  1. 啟動 RTC：
    • 啟用 RTC_CR 寄存器中的相關位，開始 RTC 計數。

(2) 讀取時間

  • 通過 APB1 接口讀取 RTC_CNT 的值，獲取當前時間。

(3) 配置鬧鐘

  • 設置 RTC_ALR 寄存器的值為目標時間。
  • 啟用 RTC_ALR 中斷，等待鬧鐘事件觸發。

(4) 響應中斷

  • 當 RTC_Alarm、RTC_Second 或 RTC_Overflow 中斷觸發時，系統可以通過 NVIC 響應中斷信號，執行相關操作。

(5) 喚醒系統

  • 在低功耗模式下，RTC_Alarm 信號可以通過 WKUP pin 喚醒系統。

3.4 硬件電路

img

img

3.5 使用注意事項

3.5.1 使能對 BKP 和 RTC 的訪問

RTC 位于 后備區域（Backup Domain），默認情況下對其訪問是受限制的。這是為了保護后備區域（包括 RTC 和 BKP 寄存器）數據免于意外的寫操作。要使能對 RTC 和后備區域的訪問，需要執行以下步驟：

  1. 使能 PWR 和 BKP 的時鐘：

操作：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
    • 設置 RCC_APB1ENR 寄存器的 PWREN 和 BKPEN 位。
      • PWREN 位：使能電源模塊（PWR）的時鐘。
      • BKPEN 位：使能后備區域（BKP）的時鐘。
  1. 解除后備區域的寫保護：

操作：

PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
    • 設置 PWR_CR 寄存器的 DBP 位（Disable Backup Domain Write Protection）。
    • 在解除寫保護后，允許對 RTC 和后備區域進行寫操作。

3.5.2 同步寄存器（RSF）狀態

在某些情況下，RTC 的 APB1 接口可能處于禁止狀態（如系統啟動后第一次訪問 RTC），此時需要等待 RTC 同步完成，才能正常讀取 RTC 寄存器的值。

  1. 檢查 RTC_CRL 的 RSF 位：
    • RSF 位（寄存器同步標志位）：指示 RTC 是否已經與 APB1 總線同步。
    • 如果 RSF 位未被置位（同步未完成），則軟硬件操作必須等待 RSF 位被置位后才能繼續。
  1. 清除 RSF 標志：

操作：

while (RTC_GetFlagStatus(RTC_FLAG_RSF) == RESET); // 等待同步完成
    • 軟件必須清除 RSF 位，等待同步完成。
    • 確認同步完成后，才能讀取 RTC 的計數器值。

img

3.5.3 進入 RTC 配置模式

要對 RTC 進行配置（如設置計數器、預分頻器或鬧鐘寄存器的值），必須讓 RTC 進入 配置模式（Configuration Mode）。

  1. 設置 CNF 位：
    • 通過設置 RTC_CRL 寄存器的 CNF 位，進入配置模式。
    • 配置完成后，必須清除 CNF 位，退出配置模式。
  1. 可配置的寄存器：
    • RTC_PRL（預分頻器寄存器）：用于配置 RTC 的時鐘分頻值。
    • RTC_CNT（計數器寄存器）：設置 RTC 的當前計數值。
    • RTC_ALR（鬧鐘寄存器）：設置 RTC 的鬧鐘值。
  1. 操作流程：

示例代碼：

RTC_EnterConfigMode();            // 進入配置模式
RTC_SetPrescaler(32767);          // 設置預分頻器值
RTC_SetCounter(0);                // 設置計數器值
RTC_SetAlarm(3600);               // 設置鬧鐘值
RTC_ExitConfigMode();             // 退出配置模式
    • 進入配置模式，修改寄存器值，退出配置模式。

3.5.4 寫操作完成前必須等待

RTC 的所有寫操作都是異步完成的，寫操作可能需要一定時間。要確保寫入的值生效，必須等待上一次寫操作完成后，再進行下一次寫操作。

  1. 檢查 RTOFF 狀態：
    • RTOFF 位（寫完成標志位）：當 RTOFF 位為 1 時，表示 RTC 的寄存器寫操作已經完成，可以進行下一次寫操作。
    • 在修改任何 RTC 寄存器前，必須先檢查 RTOFF 位為 1。
  1. 操作：

示例代碼：

while (RTC_GetFlagStatus(RTC_FLAG_RTOFF) == RESET); // 等待寫完成
    • 每次寫操作完成后，檢查 RTOFF 位，確保寫入成功。

3.5.5 概括

關鍵操作流程
  1. 使能 PWR 和 BKP 的時鐘。
  2. 解除寫保護（設置PWR_CR的DBP，使能對BKP和RTC的訪問）。
  3. 檢查同步狀態（RSF 位）。若在讀取RTC寄存器時，RTC的APB1接口曾經處于禁止狀態，則軟件首先必須等待RTC_CRL寄存器中的RSF位（寄存器同步標志）被硬件置1 — 也就是RTC_WaitForSynchro函數，可以去看其定義就可以發現是對RSF標志位進行設置的
  4. 進入配置模式（設置 CNF 位）。
  5. 修改 RTC 寄存器的值：
    • RTC_PRL（預分頻器寄存器）
    • RTC_CNT（計數器寄存器）
    • RTC_ALR（鬧鐘寄存器）
  1. 確保寫操作完成（檢查 RTOFF 位，僅當RTOFF狀態位是1時，才可以寫入RTC寄存器）。對RTC任何寄存器的寫操作，都必須在前一次寫操作結束后進行。可以通過查詢RTC_CR寄存器中的RTOFF狀態位，判斷RTC寄存器是否處于更新中。僅當RTOFF狀態位是1時，才可以寫入RTC寄存器 ---- 也就是RTC_WaitForLastTask函數，去看其函數定義可以發現其就是對RTOFF狀態進行循環查詢是否處于更新中
  2. 退出配置模式（清除 CNF 位）。
可能的錯誤操作
  • 未使能時鐘： 如果 PWR 和 BKP 的時鐘未使能，將無法訪問 RTC 和后備寄存器。
  • 未解除寫保護： 如果未設置 DBP 位，則無法對 RTC 和后備寄存器進行寫操作。
  • 未等待同步完成： 如果 RSF 位未被置位而直接讀取寄存器，可能會導致讀取錯誤。
  • 未等待寫完成： 如果在 RTOFF 位清零時修改寄存器，可能會覆蓋之前的寫操作。
優化建議
  • 在代碼中加入足夠的錯誤檢查，確保每一步操作的狀態都滿足要求。
  • RTC 的配置流程較為復雜，建議封裝成函數，減少出錯幾率。
#include "stm32f10x.h"void RTC_Init(void) {// 1. 使能 PWR 和 BKP 的時鐘RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);// 2. 解除寫保護PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);// 3. 選擇 LSE 作為 RTC 時鐘源RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET); // 等待 LSE 就緒// while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) != SET); // 等待 LSE 就緒RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);// 4. 啟用 RTC 時鐘RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);// 5. 等待 RTC 同步完成RTC_WaitForSynchro();RTC_WaitForLastTask();			  //等待上一次操作完成，確保寫操作完成// 6. 配置 RTC// RTC_EnterConfigMode();            // 進入配置模式,其實也可以不用寫，下面的RTC_SetPrescaler函數其實內部就調用了RTC_SetPrescaler(32767);          // 設置預分頻器（1 秒為基準）RTC_WaitForLastTask();            // 確保寫操作完成RTC_SetCounter(0);                // 設置計數器初始值為 0，根據設置的分頻后的時鐘，會以1s的時間間隔開始自增RTC_WaitForLastTask();            // 確保寫操作完成// RTC_ExitConfigMode();             // 退出配置模式，和RTC_EnterConfigMode同理
}int main(void) {RTC_Init();                       // 初始化 RTCwhile (1) {uint32_t time = RTC_GetCounter(); // 獲取當前時間printf("當前時間：%lu 秒\n", time);}
}

4.實驗

4.1 BKP

📎12-1 讀寫備份寄存器.zip

img

hardware：

  • 📎Key.c📎Key.h📎OLED.c📎OLED.h📎OLED_Font.h

User

  • 📎main.c ---- 主要看該文件中的函數使用

4.2 RTC

📎12-2 實時時鐘.zip

img

Hardware：

  • 📎OLED.c📎OLED.h📎OLED_Font.h

User：

  • 📎main.c

System：

  • 📎MyRTC.c📎MyRTC.h

具體的函數去看函數手冊中的：

  • img
  • img

5.擴展

STM32 有5個時鐘源:HSI、HSE、LSI、LSE、PLL。

  • HSI是高速內部時鐘，RC振蕩器，頻率為8MHz，精度不高。
  • HSE是高速外部時鐘，可接石英/陶瓷諧振器，或者接外部時 鐘源，頻率范圍為4MHz~16MHz。
  • LSI是低速內部時鐘，RC振蕩器，頻率為40kHz，提供低功耗時鐘。WDG
  • LSE是低速外部時鐘，接頻率為32.768kHz的石英晶體。RTC
  • PLL為鎖相環倍頻輸出，其時鐘輸入源可選擇為HSI/2、HSE或者HSE/2。倍頻可選擇為2~16倍，但是其輸出頻率最大不得超過72MHz。

系統時鐘SYSCLK可來源于三個時鐘源：

  • HSI振蕩器時鐘
  • HSE振蕩器時鐘
  • PLL時鐘

重要的時鐘有：

  • SYSCLK(系統時鐘)
  • AHB總線時鐘
  • APB1總線時鐘(低速): 速度最高36MHz
  • APB2總線時鐘(高速): 速度最高72MHz
  • PLL時鐘

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