STM32单片机-BKP和RTC

一、Unix时间戳

• Unix时间戳定义为从伦敦时间的1970年1月1日0时0分0秒开始所经过的秒数，不考虑闰秒
• 时间戳存储在一个秒计数器中，秒计数器为32位/64位的整形变量
• 世界上所有时区的秒计数器相同，不同时区通过添加偏移来得到当地时间

1.1 时间戳转换

• C语言的time.h模块提供了时间获取和时间戳转换的相关函数，可以方便地进行秒计数器、时器时间和字符串之间的转换

  下图为时间戳转换图
  time_t是int32或者int64数据类型，存储时间戳中自增的秒数
  struct tm是一个封装的结构体类型，结构体成员是秒，分，时等
  char*指向一个表示时间的字符串

二、BKP(备份寄存器)

• BKP用于存储用户应用程序数据，当VDD主电源被切断，它们仍然由VBRT备用电源维持供电，当系统在待机模式下被唤醒，或系统复位或电源复位时，它们也不会被复位
• TAMPER引脚产生的侵入事件将所有备份寄存器内容清除
• RTC引脚输出RTC校准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲
• 存储RTC时钟校准寄存器
• 用户数据存储容量：20字节/84字节

  下图为BKP基本结构
  BKP由数据寄存器-存储数据、控制寄存器、状态寄存器和RTC时钟校准寄存器组成，TAMPER有上升沿或者下降沿出现时，清除寄存器内容，保证安全

三、RTC(实时时钟)

• RTC是一个独立的定时器，可以为系统提供时钟和日历的功能
• RTC和时钟配置处于系统的后备区域，系统复位时数据不清零，VDD断电后可以借助VBRT供电继续走时
• 32位的可编程计数器，可对应Unix时间戳的秒计数器
• 20位的可编程预分频器，可适配不同频率的输入时钟
• 可选择三种RTC时钟源：HSE时钟除以128(8MHz/128)、LSE振荡器时钟(VBRT)(32.768KHz)和LSI振荡器时钟(40KHz)

3.1 RTC工作原理

  下图为RTC框图
  灰色填充部分属于后备区域，在主电源掉电后，可以使用备用电源维持工作。RTCCLK是时钟源，一般选择LSE振荡器时钟，经过分频器分频，重装载的值加1就是分频系数。32位可编程计数器RTC_CNT存放时间数据，RTC_ALR是闹钟寄存器
  进入中断有3个中断源，RTC_Second秒中断，每秒进一次中断。RTC_Overflow溢出中断，当32位计数器溢出进入中断。RTC_Alarm闹钟中断

  下图为RTC基本结构
  选择时钟，RTCCKL先通过预分频器对时钟进行预分频，重装寄存器是计数目标，决定分频值，余数寄存器是一个自减计数器，存储当前的计数值，最终得到1Hz的秒计数信号通向32位计数器，1秒自增一次，同时可以设定闹钟，最终也可以进入中断

四、代码部分

  注意事项：

• RTC的时钟开启没有单独选项，需要开启PWR和BKP时钟，设置PWR_CR的DBP，使能对BKP和RTC的访问
• 若在读取RTC寄存器时，RTC的APB1接口曾经处在禁止状态，则软件首先必须等待RTC_CRL寄存器中的RSF位(寄存器同步标志)被硬件置1
• 必须设置RTC_CRL寄存器中的CNF位，使RTC进入配置模式后，才能写入RTC_PRL(重装值)、RTC_CNT(计数器)、RTC_ALR(闹钟值)寄存器
• 对RTC任何寄存器的写操作，都必须在前一次写操作结束后进行。可以通过查询RTC_CR寄存器中的RTOFF状态位，判断RTC寄存器是否处于更新中。仅当RTOFF状态位是1时，才可以写入RTC寄存器

4.1 BKP备份寄存器

  STM32的VBRT引脚接在ST-Link的3.3V，PB1接一个按键
  步骤：开启RCC(PWR和BKP) — 使能BKP-PWR_BackupAccessCmd(ENABLE) — 写入和读取
  下面为main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "OLED.h"
#include "Key.h"

uint8_t KeyNum;
uint16_t ArrayWrite[] = {0x1234,0x5678};
uint16_t ArrayRead[2];

int main(void)
{
	OLED_Init();
	Key_Init();
	//开启RCC-PWR和BKP
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP,ENABLE);
	//使能BKP
	
	OLED_ShowString(1,1,"W:");
	OLED_ShowString(2,1,"R:");
	while(1)
	{
		KeyNum = Key_GetNum();
		if(KeyNum == 1)
		{
			ArrayWrite[0] ++;
			ArrayWrite[1] ++;
			BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1,ArrayWrite[0]);
			BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR2,ArrayWrite[1]);//写入
			
			OLED_ShowHexNum(1,3,ArrayWrite[0],4);
			OLED_ShowHexNum(1,8,ArrayWrite[1],4);
		}
		ArrayRead[0] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1);
		ArrayRead[1] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR2);//读取
		OLED_ShowHexNum(2,3,ArrayRead[0],4);
		OLED_ShowHexNum(2,8,ArrayRead[1],4);
	}
}

4.2 RTC实时时钟

  下面是RTC相关的库函数

void RCC_LSEConfig(uint8_t RCC_LSE);//启动LSE时钟
void RCC_LSICmd(FunctionalState NewState);//配置LSI时钟
void RCC_RTCCLKConfig(uint32_t RCC_RTCCLKSource);//选择RTCCLK的时钟源
void RCC_RTCCLKCmd(FunctionalState NewState);//RTCCLK使能
FlagStatus RCC_GetFlagStatus(uint8_t RCC_FLAG);//等待RCC标志位，时钟启动完成

void RTC_EnterConfigMode(void);//设置CNF位，使RTC进入配置模式
void RTC_ExitConfigMode(void);//退出配置模式
uint32_t  RTC_GetCounter(void);//获取CNT计数器的值
void RTC_SetCounter(uint32_t CounterValue);//写入计数器的值
void RTC_SetPrescaler(uint32_t PrescalerValue);//写入预分频器
void RTC_SetAlarm(uint32_t AlarmValue);//写入闹钟值
uint32_t  RTC_GetDivider(void);//读取余数寄存器值
void RTC_WaitForLastTask(void);//等待上一次操作完成
void RTC_WaitForSynchro(void);//等待同步
FlagStatus RTC_GetFlagStatus(uint16_t RTC_FLAG);//等待标志位

  步骤：开启PWR和BKP时钟，使能BKP和RTC的访问 — 开启LSE时钟并等待LSE时钟启动完成 — 选择RCCCLK时钟源-LSE — 等待同步和等待上一次写入操作完成 — 设置预分频器和初始时间 — 写入数据 — 读取数据
  其中想要实现复位不重置时间数据和主电源断开时不切断时间，需要使用BKP判断
  利用c语言库time.h中的函数，实现写入和读取时间，即计数器值和时间数据的相互转换
  下面为MyRTC.c和MyRTC.h

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "MyRTC.h"                  // Device header
#include 

uint16_t MyRTC_Time[] = {2024,1,1,1,1,1};//时间数据

void MyRTC_Init()
{
	//开启RCC-BKP、PWR和使能访问
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP,ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);
	PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
	//第一次上电或者完全断电，BKPDR1默认为0时，才会初始化时间
	if(BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5)
	{
		//开启LSE时钟，等待LSE时钟启动完成(标志位)
		RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);
		while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET);
		
		//选择RCCCLK时钟源-LSE
		RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);
		RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
		
		//等待同步和等待上一次写入操作完成
		RTC_WaitForSynchro();
		RTC_WaitForLastTask();
		
		//配置预分频器 =  32768MHz /32768 = 1Hz
		RTC_SetPrescaler(32768-1);
		RTC_WaitForLastTask();//等待写入操作
		
		//设置初始时间
		MyRTC_SetTime();
		
		BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1,0xA5A5);//DR1写入A5A5
	}
	else
	{
		//等待同步和等待上一次写入操作完成
		RTC_WaitForSynchro();
		RTC_WaitForLastTask();
	}
}
/*
@brief:写入时间数据
*/
void MyRTC_SetTime()
{
	time_t time_cnt;//计数器值
	struct tm time_data;//时间数据
	
	time_data.tm_year = MyRTC_Time[0] - 1900;
	time_data.tm_mon = MyRTC_Time[1] - 1;
	time_data.tm_mday = MyRTC_Time[2];
	time_data.tm_hour = MyRTC_Time[3];
	time_data.tm_min = MyRTC_Time[4];
	time_data.tm_sec = MyRTC_Time[5];//写入数据
	
	time_cnt = mktime(&time_data)- 8*60*60;//时间数据--计数器(北京时间)
	RTC_SetCounter(time_cnt);
	RTC_WaitForLastTask();//等待写入操作
}
/*
@brief:读取时间数据
*/
void MyRTC_ReadTime()
{
	time_t time_cnt;//计数器值
	struct tm time_data;//时间数据
	
	time_cnt = RTC_GetCounter()+ 8*60*60;//读取时间存到计数器(北京时间)
	time_data = *localtime(&time_cnt);//将时间数据转到结构体
	
	MyRTC_Time[0] = time_data.tm_year + 1900;
	MyRTC_Time[1] = time_data.tm_mon + 1;
	MyRTC_Time[2] = time_data.tm_mday;
	MyRTC_Time[3] = time_data.tm_hour;
	MyRTC_Time[4] = time_data.tm_min;
	MyRTC_Time[5] = time_data.tm_sec;//读取数据
}

#ifndef __MYRTC_H
#define __MYRTC_H

extern uint16_t MyRTC_Time[];


void MyRTC_Init();
void MyRTC_SetTime();
void MyRTC_ReadTime();


#endif

  下面为main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "OLED.h"
#include "MyRTC.h"

int main(void)
{
	MyRTC_Init();
	OLED_Init();
	
	OLED_ShowString(1,1,"Data:XXXX-XX-XX");
	OLED_ShowString(2,1,"Time:XX:XX:XX");
	OLED_ShowString(3,1,"CNT:");
	
	while(1)
	{
		MyRTC_ReadTime();
		OLED_ShowNum(1,6,MyRTC_Time[0],4);
		OLED_ShowNum(1,11,MyRTC_Time[1],2);
		OLED_ShowNum(1,14,MyRTC_Time[2],2);
		OLED_ShowNum(2,6,MyRTC_Time[3],2);
		OLED_ShowNum(2,9,MyRTC_Time[4],2);
		OLED_ShowNum(2,12,MyRTC_Time[5],2);
		
		OLED_ShowNum(3,6,RTC_GetCounter(),10);
	}
}