RTC實時時鐘與BKP

Unix時間戳

可以使用time.h，頭文件中的函數將 時間戳轉化為各種類型的時間。

UTC/GMT

UTC（協調世界時）

1. 定義與計時基準
   • 以 原子鐘（銫 - 133 原子振蕩周期） 為計時基礎，1 秒定義為 “銫 - 133 原子基態的兩個超精細能級之間躍遷所對應的輻射的 9192631770 個周期的持續時間”，精度極高（上千萬年誤差約 1 秒）。
   • 引入 閏秒機制：當原子鐘計時與地球自轉（因地球自轉變慢導致的計時偏差）相差超過 0.9 秒 時，通過在 UTC 時間中插入或刪除 1 秒（如出現 23:59:60 或跳過 23:59:59），消除與地球自轉的誤差，確保時間與晝夜同步（如 2023 年未添加閏秒，最近一次閏秒為 2016 年 12 月 31 日）。
2. 與 GMT 的關系
   • GMT（格林尼治標準時間） 是基于地球自轉的天文時間 時間長之后會出現誤差（以格林尼治天文臺為基準），而 UTC 是更嚴謹的原子時標準。
   • 生活場景中可視為等同：兩者在實際應用中（如手機、電腦的時區設置）差異可忽略，例如 東八區時間 既表示為 UTC+8 也表示為 GMT+8，均指比 UTC/GMT 早 8 小時的時間（如北京時間）。

時間戳轉換

時間戳轉換

BKP簡介

• 含義與用途 ：BKP 即 backup registers，是備份寄存器，可存儲用戶自定義數據。
• 電源特性 ：當 VDD 主電源切斷，由 VBAT 備用電池供電，系統喚醒、復位時數據不復位。VDD 供電電壓 2.0 - 3.6 伏，VBAT 供電電壓 1.8 - 3.6 伏。
• 引腳定義 ：VDD 相關引腳為系統主電源，正常使用時接 3.3 伏電源；VBAT 為備用電池供電引腳，使用 BKP 和 RTC 需接備用電池，電池負極與主電源負極共地。若沒有外部電池，建議 VBT 引腳接到 VDD 并連接 100 納法濾波電容。
• 額外功能 ：Temper 引腳侵入事件可清除備份寄存器內容，用于設備防拆（將該引腳與設備外殼相連當外殼被破壞時，會給引腳一個信號，該引腳將寄存器中數據清空）；可輸出 RTC 校準時鐘、鬧鐘脈沖或秒脈沖，外部設備可測量校準時鐘校準 RTC 誤差；存儲 RTC 時鐘校準計數器，配合校準時鐘輸出功能校準 RTC。
• 存儲容量 ：中容量和小容量設備里為 20 個字節，大容量和互聯型設備里為 84 個字節。

BKP基本結構

1. 電池供電模塊（VBAT 輸入）

• 電源特性：BKP 位于后備區域，VDD（2.0-3.6V）主電源掉電后，自動切換為 VBAT（1.8-3.6V）備用電池供電，確保數據不丟失（系統復位、喚醒時數據保持）。
• 電路設計：無外部電池時，VBAT 可接 VDD 并串聯 100nF 濾波電容（圖中未體現具體電路，但邏輯上支持 VBAT 與 VDD 的電源切換）。

2. 侵入檢測模塊（TAMPER 輸入）

• 防拆功能：TAMPER 引腳檢測到侵入事件（電平跳變）時，自動清除 BKP 數據寄存器內容（圖中 “侵入檢測” 模塊直接對應此功能，用于設備安全防護，如防拆鎖設計）。

3. 時鐘輸出模塊（RTC 輸出）

• 功能復用：BKP 可輸出 RTC 的校準時鐘、鬧鐘脈沖或秒脈沖（圖中 “時鐘輸出” 模塊與會議中 “BKP 額外功能” 的時鐘輸出特性一致，支持外部設備校準 RTC 誤差）。

4. 內部寄存器組

• 數據寄存器（DRx）
  • 容量差異
    • 中 / 小容量芯片（如 STM32F103C8T6）：10 個 16 位寄存器（DR1-DR10），共 20 字節（圖中 DR1-DR10 明確標注）。
    • 大容量 / 互聯型芯片：42 個 16 位寄存器（DR1-DR42），共 84 字節（圖中 “大容量和互聯型” 擴展部分，與會議內容匹配）。
  • 存儲特性：寄存器數據在 VDD 掉電后由 VBAT 維持，屬于掉電保持型存儲器。
• 控制 / 狀態 / 校準寄存器
  • 控制寄存器：配置侵入檢測使能、時鐘輸出模式等（如 TAMPER 觸發使能）。
  • 狀態寄存器：反映侵入事件狀態（如 TAMPER 觸發標志）。
  • RTC 時鐘校準寄存器：存儲 RTC 校準計數器，配合時鐘輸出功能校準 RTC 計時誤差（圖中單獨列出，對應會議中 “存儲 RTC 時鐘校準計數器” 的描述）。

RTC簡介

后面將RTC框圖時，會對下面的簡介進行一一驗證。

RTC時鐘源

• 可以看到RTC時鐘選擇器 來 進行RTC時鐘選擇，有三種時鐘源。
  • HSE 外部高速時鐘 為8Mhz，要產生1hz的頻率，要先進行128分頻之后才能進行，時鐘傳輸。因為時鐘頻率太大了。
  • LSE外部低速時鐘， 可以說就是為了RTC，設計的時鐘，始終頻率為32.768KHz，是2的次方倍，后面進行時鐘分頻好操作。（一般會選擇使用）
  • LSI 40Khz，也可是為RTC提供時鐘源，但是主要為看門狗外設提供時鐘源。

RTC框圖

1. 硬件架構與區域劃分

• 后備區域（灰色模塊）
  • 包含預分頻器（RTC_PRL/RTC_DIV）和計數計時單元（RTC_CNT/RTC_ALR），待機時由 VBAT 供電（持續計時），與 APB1 接口（待機斷電）分離，確保主電源掉電后 RTC 獨立運行（匹配會議中 “VDD 斷電后 VBAT 供電繼續走時” 的特性）。
• APB1 接口：用于軟件配置（如預分頻值、鬧鐘時間），待機時斷電（降低功耗）。

2. 預分頻器與時鐘處理

• RTCCLK 分頻：通過RTC_PRL（重裝值）和RTC_DIV（余數計數）將輸入時鐘（如 32.768kHz LSE）分頻為1Hz（TR_CLK），驅動 32 位計數器（RTC_CNT）遞增（“20 位可編程預分頻器適配輸入時鐘”，實現秒級計時）。

3. 計數計時與中斷邏輯

• 32 位計數器（RTC_CNT）：存儲 Unix 秒數，溢出周期約 2106 年（觸發RTC_Overflow中斷， “溢出中斷” 的硬件源）。
• 鬧鐘比較（RTC_ALR）：與 RTC_CNT 匹配時觸發RTC_Alarm中斷，可以喚醒待機設備（通過WKP_STDBY邏輯， “鬧鐘喚醒設備退出待機模式”）。
• 中斷使能（RTC_CR）
  • SECIE（秒中斷）、OWIE（溢出中斷）、ALRIE（鬧鐘中斷）分別控制三類中斷，經 NVIC 處理（ “中斷輸出使能和 NVIC 部分” 的硬件實現）。

4. 低功耗與待機特性

• 后備區域供電：預分頻器和計數計時單元在待機時持續供電（VBAT），確保計時不中斷；APB1 接口、RTC_CR、NVIC 待機時斷電。

RTC基本結構

? 預分頻器中余數寄存器是一個自減設置的，就是來一個時鐘就會計數值減一，當當減到0,會產生一個時鐘信號向后傳遞，PRl重裝值，設置周期，記滿多少次向后產生一個時鐘，當余數寄存器減到0，會將重裝寄存器中的數據重裝到自己的寄存器中，繼續計數。

硬件電路

1. 備用電池供電電路

• 簡單連接：VBAT 直接接 3V 紐扣電池（如 CR2032），負極與主電源共地。
• 推薦連接：通過二極管（D1/D2）隔離主電源（VDD）與備用電池（VBAT），并聯 0.1μF 電容（C3）防電流倒灌，確保 VDD 掉電后 VBAT 獨立供電（圖中推薦電路，“防止電源倒灌，提升可靠性”）。

2. 外部低速晶振（LSE）電路

• 32.768kHz 晶振：連接 OSC32_IN（PC14）和 OSC32_OUT（PC15），兩端并聯 10pF 電容（C1/C2）到地（“LSE 為 RTC 首選時鐘源，精度高，主電源掉電后 VBAT 供電持續工作”）。
• 作用：提供 1Hz 秒脈沖（經 15 位自然分頻，32768=2^15），驅動 RTC 32 位計數器，實現高精度計時（“20 位可編程預分頻器適配輸入時鐘”，LSE 無需復雜分頻計算）。

3. 引腳功能與復用

• VBAT 引腳（PC13）
  • 復用為 TAMPER（侵入檢測，觸發時清除 BKP 數據）、RTC 時鐘輸出（秒脈沖 / 鬧鐘信號）或 GPIO（“BKP 額外功能” 的硬件載體，如防拆檢測、時鐘校準輸出）。
• OSC32 引腳（PC14/PC15）：專屬 RTC 時鐘輸入，連接 LSE 晶振（ LSE 是 RTC 的核心時鐘源）。

4. 硬件設計規范

• 電源濾波：VBAT（0.1μF）、LSE 晶振（10pF）均需濾波電容，抑制電源噪聲。
• 二極管隔離：推薦電路中的 D1/D2（如 1N4148）確保主備電源互不影響，VBAT 在 VDD 掉電后自動接管供電。

RTC操作注意事項

后面進行代碼編寫時會著重強調。

1. 使能 BKP 和 RTC 訪問（時鐘與權限）

• 硬件保護機制：
  BKP 和 RTC 位于后備區域，默認受保護（防止誤操作）。使能 PWR/BKP 時鐘（PWREN/BKPEN）確保模塊供電，DBP（Disable Backup Protection）位解鎖訪問權限，避免非授權代碼篡改掉電保持數據（如 BKP 存儲的校準參數、RTC 計時狀態），保障數據完整性（尤其在主電源掉電后 VBAT 供電的敏感場景）。

2. 讀取 RTC 前等待 RSF（Registers Synchronized Flag） 同步標志

• 時鐘域異步性：
  RTC（RTCCLK，如 32.768kHz）與 APB1 總線（PCLK1，高頻）異步。RSF=1 表示 RTC 寄存器（如 CNT 秒計數）已與 APB1 接口同步，確保讀取時數據最新（避免因時鐘不同步導致時間戳錯誤，如讀取到未更新的秒數），保證計時精度。

3. 寫入 RTC 前進入配置模式（CNF 位 Configuration Flag）

• 運行時保護：
  RTC 正常運行時（CNF=0），計數 / 分頻 / 鬧鐘寄存器為只讀（防止運行中誤寫，如秒計數器遞增時寫入導致計時混亂）。進入配置模式（CNF=1）后，RTC 暫停計時邏輯（“凍結” 時鐘），確保寫入操作（如設置初始時間、鬧鐘）的原子性，避免中間狀態錯誤（如預分頻值半寫入導致頻率偏差）。

4. 寫操作等待 RTOFF(RTC Register Transfer Ongoing Flag) 位（前次寫結束）

• 寄存器更新時序：
  RTC 寄存器屬于 RTCCLK 域，寫入后需時間同步到硬件（如預分頻器重裝）。RTOFF=1 表示前次寫操作完成（值已生效），避免流水線寫操作的競態條件（如連續寫 CNT 和 ALR 時，確保 CNT 先更新，ALR 基于新值比較），保證配置與計時邏輯的一致性，提升系統可靠性（尤其在低功耗場景下，待機喚醒后 RTC 狀態恢復的穩定性）。

BKP 庫函數介紹

函數名	功能	參數	返回值	說明
BKP_DeInit	恢復 BKP 模塊寄存器至復位默認值	無	無	初始化前重置配置，確保干凈的工作狀態
BKP_TamperPinLevelConfig	配置侵入檢測引腳的有效觸發電平	uint16_t BKP_TamperPinLevel（如 BKP_TamperPinLevel_High/Low）	無	設定侵入檢測（Tamper）的觸發條件（高 / 低電平）
BKP_TamperPinCmd	使能 / 禁止侵入檢測功能	FunctionalState NewState（ENABLE/DISABLE）	無	控制是否啟用侵入檢測（用于系統安全監測）
BKP_ITConfig	使能 / 禁止 BKP 模塊的中斷	FunctionalState NewState	無	開啟 / 關閉 BKP 相關中斷（如侵入檢測中斷），配合中斷處理函數使用
BKP_RTCOutputConfig	配置 RTC_OUT 引腳的輸出信號源	uint16_t BKP_RTCOutputSource（如校準時鐘、鬧鐘脈沖、秒脈沖）	無	將 RTC 時鐘信號輸出到外部（如示波器、時鐘模塊），擴展 RTC 功能
BKP_SetRTCCalibrationValue	設置 RTC 校準值	uint8_t CalibrationValue（-128~+127，補償晶振誤差）	無	調整 RTC 時鐘精度，補償晶振頻率偏移
BKP_WriteBackupRegister	寫入備份寄存器（掉電保持）	uint16_t BKP_DR（寄存器編號，如BKP_DR1），uint16_t Data（16 位數據）	無	存儲關鍵數據（如系統配置、掉電前狀態），主電源掉電后由備用電池保持
BKP_ReadBackupRegister	讀取備份寄存器數據	uint16_t BKP_DR	uint16_t（寄存器存儲的值）	恢復掉電前保存的數據（如系統重啟后讀取配置）
BKP_GetFlagStatus	獲取 BKP 模塊的標志位狀態	無	FlagStatus（SET/RESET）	輪詢檢查事件（如侵入檢測是否觸發）
BKP_ClearFlag	清除 BKP 模塊的標志位	無	無	處理標志位后清除（避免重復響應，如侵入檢測標志）
BKP_GetITStatus	獲取 BKP 模塊的中斷狀態	無	ITStatus（SET/RESET）	檢查是否有未處理的中斷（用于中斷服務函數）
BKP_ClearITPendingBit	清除 BKP 模塊的中斷掛起位	無	無	中斷處理后清除掛起位，防止重復進入中斷

實時時鐘

RCC有關庫函數

函數名	功能描述	調用時機	注意事項
RCC_LSE_Configure	配置并啟動外部低速時鐘（LSE）（如 32.768kHz 晶振）。	初始化 RTC 前，需手動開啟 LSE 時鐘	LSE 默認關閉，需調用此函數啟動；啟動后需等待LSE_READY標志位為 1。
RCC_LSI_Command	配置并啟動內部低速時鐘（LSI）（約 40kHz，用于備份時鐘）。	當 LSE 不起振時（如實驗調試場景）	可作為 LSE 的替代時鐘源，用于應急或測試。
RTC_CLK_Configure	選擇 RTC 的時鐘源（如 LSE/LSI），配置時鐘源數據選擇器。	啟動 LSE/LSI 后，配置 RTC 時鐘源時	需與RTC_CLK_Command配合使用，先配置時鐘源，再使能時鐘。
RTC_CLK_Command	使能 RTC 時鐘（在配置完時鐘源后調用）。	配置完RTC_CLK_Configure后	必須調用此函數才能激活 RTC 時鐘。
RCC_GetFlagStatus	獲取時鐘標志位狀態（如LSE_FLAG），判斷時鐘是否穩定啟動。	調用RCC_LSE_Configure后	需循環等待LSE_READY標志位為 1，確保 LSE 時鐘穩定工

RTC有關庫函數

函數名	功能描述	調用時機	注意事項
模式切換函數
RTC_EnterConfigMode	進入 RTC 配置模式（置CRL寄存器的CNF位為 1）。	需修改 RTC 寄存器（如預分頻器、計數器）前	必須先進入配置模式，否則無法寫入寄存器！
RTC_ExitConfigMode	退出 RTC 配置模式（清CRL寄存器的CNF位為 0）。	完成 RTC 寄存器配置后	配置完成后需立即退出，避免誤操作。
數據操作函數
RTC_GetCounter	讀取 RTC 計數器（CNT）的值，即當前時間（單位：秒）。	需要獲取實時時間時	直接返回計數器值，需自行轉換為時分秒格式。
RTC_SetCounter	設置 RTC 計數器初始值（如設置初始時間）。	初始化 RTC 時配置初始時間	需先進入配置模式（調用RTC_EnterConfigMode）。
RTC_SetPrescaler	配置預分頻器（PRL寄存器），設置計數器時鐘頻率（通常為 1Hz）。	初始化 RTC 時配置分頻系數	分頻值計算公式：PRL = LSE頻率/1Hz - 1（如 LSE=32768Hz 時，PRL=32767）。
RTC_SetAlarm	設置 RTC 鬧鐘值（ALR寄存器）。	需要配置鬧鐘功能時	需配合中斷配置（RTC_ITConfig）使用。
RTC_GetDivider	讀取預分頻器余數寄存器（DIV），獲取亞秒級精度時間（如毫秒）。	需要更高時間精度時（如調試）	CNT計數間隔為 1 秒，DIV寄存器用于記錄余數，可計算更細粒度時間。
等待與同步函數
RTC_WaitForLastTask	等待上次 RTC 寫操作完成（循環檢測RTF標志位）。	每次寫操作（如設置計數器、預分頻器）后	防止寄存器操作未完成時進行下一次寫操作，避免數據錯誤！
RTC_WaitForSynchro	等待 RTC 時鐘同步完成（循環檢測RSF標志位）。	配置時鐘源或初始化 RTC 時	確保 RTC 時鐘與時鐘源同步，避免計時誤差。
中斷與標志位函數
RTC_ITConfig	配置 RTC 中斷（如鬧鐘中斷、溢出中斷）。	需要啟用中斷功能時	需結合中斷控制器（NVIC）配置。
[其他標志位函數]	（如檢查同步狀態、中斷標志等，會議未詳細列出，需結合具體寄存器操作）	狀態監控或錯誤處理時	需參考官方庫函數文檔或寄存器定義。

實時時鐘代碼編寫步驟

配置時鐘源 -》選擇時鐘源信號 -》配置預分頻器參數 -》配置計數器等

• 開啟 LSE 時鐘 ：調用 RCC 里的 LSE config 函數，參數用 RCC LSE on 啟動外部 LSE 晶振，通過 while 循環調用 RCC get flag status 函數等待 LSE ready 標志位（等待時鐘開啟完成）。
• 選擇時鐘源 ：調用 RCC RTC c LK config 函數，選擇 RCC RTCCLK source LSE，再調用 RCC RTC CRK command 函數使能時鐘。
• 等待操作 ：調用等待同步和等待上一次寫入操作完成的函數，防止時鐘不同步造成 bug。
• 配置預分頻器 ：調用 RTC set prescaler 函數，分頻系數為 32768 - 1，寫入后調用 RTC 等待函數確保操作完成，庫函數自帶進入和退出配置模式代碼。
• 設置初始時間 ：調用 RTC set counter 函數，使用 PPT 里 2023 年 1 月 1 日的秒數設定初始時間，寫入后調用等待函數。

RTC相關代碼

// MyRTC.c #include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include <time.h>
//創建一個數組，將要寫入的時間存儲到數組中,這里設置的為0時區時間
uint16_t Time[] = {2013, 1, 1, 15, 59, 55};
void MyRTC_SetTime(void);//會出現復位 重新初始化的問題 只要BKP沒有掉電就不用初始化
void RTC_Init(void)
{//使能部分代碼，開啟時鐘 PWR 和 BKPRCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);//pwr 使能對bkp 和 rtc的數據訪問PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);if(BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xAAaa){//使用lse 時鐘源 配置RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);//開啟時鐘要等待開啟完成 轉化完成會置標志位while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) != SET);//選擇時鐘源RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);//開啟RTC時鐘開關RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);//下面對RTC進行操作//等待時鐘同步RTC_WaitForSynchro();//每一次進行寫操作時，要進行判斷上一個字節是否寫入完成RTC_WaitForLastTask();//設置分頻器數據//分頻后的頻率 = 時鐘源頻率 / (預分頻系數)RTC_SetPrescaler(32768 - 1);//等待數據寫入完成RTC_WaitForLastTask();//設置計數值 這里是初始化所以就是初始值MyRTC_SetTime();//等待數據寫入完成RTC_WaitForLastTask();BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xAAaa);}else{//使用lse 時鐘源 配置RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);//開啟時鐘要等待開啟完成 轉化完成會置標志位while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) != SET);//選擇時鐘源RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);//開啟RTC時鐘開關RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);//下面對RTC進行操作//等待時鐘同步RTC_WaitForSynchro();//每一次進行寫操作時，要進行判斷上一個字節是否寫入完成RTC_WaitForLastTask();}}//實現寫時間的函數
void MyRTC_SetTime(void)
{time_t time_cnt;struct tm time_data;//將要設置的時間寫入結構體中time_data.tm_year = Time[0] - 1900;time_data.tm_mon = Time[1] - 1;time_data.tm_mday = Time[2];time_data.tm_hour = Time[3];time_data.tm_min = Time[4];time_data.tm_sec = Time[5];//將結構體中數據轉化為時間戳time_cnt = mktime(&time_data);//將獲取的秒計數進行 計數器設置//設置計數值 這里是初始化所以就是初始值RTC_SetCounter(time_cnt);//等待數據寫入完成RTC_WaitForLastTask();}//實現讀取時間函數
//讀取秒計數，將秒計數轉化為結構體將，結構體中數據按順序存儲到數組中
void MyRTC_GetData(void)
{time_t time_cnt;struct tm time_data;//將得到的0時區的時間轉化為東8區時間time_cnt = RTC_GetCounter() + 8 * 60 * 60;time_data = *localtime(&time_cnt);Time[0] = time_data.tm_year + 1900;Time[1] = time_data.tm_mon + 1;Time[2] = time_data.tm_mday;Time[3] = time_data.tm_hour;Time[4] = time_data.tm_min;Time[5] = time_data.tm_sec;
}

主函數實現代碼

//main.c#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MyRTC.h"int main(void)
{OLED_Init();RTC_Init();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_GetData();							//RTC讀取時間，最新的時間存儲到MyRTC_Time數組中OLED_ShowNum(1, 6, Time[0], 4);		//顯示MyRTC_Time數組中的時間值，年OLED_ShowNum(1, 11, Time[1], 2);		//月OLED_ShowNum(1, 14, Time[2], 2);		//日OLED_ShowNum(2, 6, Time[3], 2);		//時OLED_ShowNum(2, 9, Time[4], 2);		//分OLED_ShowNum(2, 12, Time[5], 2);		//秒OLED_ShowNum(3, 6, RTC_GetCounter(), 10);	//顯示32位的秒計數器OLED_ShowNum(4, 6, RTC_GetDivider(), 10);	//顯示余數寄存器}
}