STM32 RTC 功能详解与代码示例

一、引言

STM32 微控制器的实时时钟（RTC）功能在许多应用中都非常重要，它允许设备保持精确的时间和日期信息，即使在系统断电或复位后，只要有备用电源（如锂电池）为 RTC 供电，就能继续运行。这对于需要时间戳、定时任务、日历功能以及其他需要精确时间信息的应用程序来说是必不可少的，例如数据记录系统、定时控制、事件调度等。

二、STM32 RTC 概述

STM32 的 RTC 模块通常由一组时钟源、预分频器、计数器和闹钟寄存器组成。时钟源可以来自外部的 32.768kHz 晶体振荡器（LSE），内部低速时钟（LSI）或高速时钟（HSE）经过分频得到。为了保证时间的精确性，通常使用外部的 32.768kHz 晶体振荡器作为 RTC 的时钟源，因为其频率可以方便地产生精确的 1 秒计时信号。

RTC 模块可以工作在日历模式和闹钟模式下。在日历模式下，它可以提供年、月、日、时、分、秒等时间信息；在闹钟模式下，当达到设定的闹钟时间时，可以触发中断，用于唤醒系统或执行特定的任务。

三、硬件连接

对于使用外部 32.768kHz 晶体振荡器的情况，需要将晶体连接到 STM32 的 RTC 专用引脚。通常，这涉及到连接一个 32.768kHz 的晶振和两个匹配电容到相应的 OSC32_IN 和 OSC32_OUT 引脚。确保电容的容值选择合适，以保证晶体能够稳定起振。

四、STM32 软件实现

以下是一个使用 STM32 的 HAL 库实现 RTC 功能的代码示例：

#include "stm32f4xx_hal.h"

// 定义 RTC 句柄
RTC_HandleTypeDef hrtc;

// RTC 初始化函数
void MX_RTC_Init(void)
{
    // 使能电源接口时钟
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    // 使能后备寄存器访问
    HAL_PWR_EnableBatteryBackUpAccess();
    // 配置 RTC 时钟源为 LSE
    hrtc.Instance = RTC;
    hrtc.Init.HourFormat = RTC_HOURFORMAT_24;
    hrtc.Init.AsynchPrediv = 127;
    hrtc.Init.SynchPrediv = 255;
    hrtc.Init.OutPut = RTC_OUTPUT_DISABLE;
    hrtc.Init.OutPutPolarity = RTC_OUTPUT_POLARITY_HIGH;
    hrtc.Init.OutPutType = RTC_OUTPUT_TYPE_OPENDRAIN;
    if (HAL_RTC_Init(&hrtc)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

// 错误处理函数
void Error_Handler(void)
{
    while(1);
}

// 设置 RTC 时间
void RTC_SetTime(uint8_t hours, uint8_t minutes, uint8_t seconds)
{
    RTC_TimeTypeDef sTime = {0};
    sTime.Hours = hours;
    sTime.Minutes = minutes;
    sTime.Seconds = seconds;
    sTime.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
    sTime.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET;
    if (HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BIN)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

// 获取 RTC 时间
void RTC_GetTime(RTC_TimeTypeDef *sTime)
{
    if (HAL_RTC_GetTime(&hrtc, sTime, RTC_FORMAT_BIN)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

// 设置 RTC 日期
void RTC_SetDate(uint8_t year, uint8_t month, uint8_t date)
{
    RTC_DateTypeDef sDate = {0};
    sDate.Year = year;
    sDate.Month = month;
    sDate.Date = date;
    sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY;
    if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &sDate, RTC_FORMAT_BIN)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

// 获取 RTC 日期
void RTC_GetDate(RTC_DateTypeDef *sDate)
{
    if (HAL_RTC_GetDate(&hrtc, sDate, RTC_FORMAT_BIN)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

int main(void)
{
    HAL_Init();

    // 配置系统时钟
    SystemClock_Config();

    // 初始化 RTC
    MX_RTC_Init();

    // 设置初始时间
    RTC_SetTime(12, 0, 0);
    RTC_SetDate(21, 1, 16);

    while (1)
    {
        RTC_TimeTypeDef sTime;
        RTC_DateTypeDef sDate;

        // 获取当前时间和日期
        RTC_GetTime(&sTime);
        RTC_GetDate(&sDate);

        // 在这里可以对获取的时间和日期进行处理，例如通过串口输出或显示在 LCD 上
        // 示例：
        // printf("Current Time: %02d:%02d:%02d\n", sTime.Hours, sTime.Minutes, sTime.Seconds);
        // printf("Current Date: %02d/%02d/%02d\n", sDate.Date, sDate.Month, sDate.Year);

        // 延时一段时间，避免频繁读取
        HAL_Delay(1000);
    }
}

代码解释：

1. 头文件引入：
   • stm32f4xx_hal.h 是 STM32 的 HAL 库头文件，提供了初始化和操作 STM32 各种硬件的函数和定义。
2. RTC 句柄定义：
   • RTC_HandleTypeDef hrtc; 用于管理和操作 RTC 模块。
3. RTC 初始化函数：
   • MX_RTC_Init() 函数首先使能电源接口时钟，以便访问后备寄存器，因为 RTC 属于后备域。然后，它配置 RTC 的参数，包括 24 小时格式、异步和同步预分频器的值。最后，使用 HAL_RTC_Init() 函数完成初始化。
4. 错误处理函数：
   • Error_Handler() 函数在出现错误时进入无限循环，方便调试和故障排查。
5. 设置 RTC 时间和日期函数：
   • RTC_SetTime() 和 RTC_SetDate() 函数分别用于设置 RTC 的时间和日期。它们接收相应的时间和日期参数，填充 RTC_TimeTypeDef 和 RTC_DateTypeDef 结构体，然后使用 HAL_RTC_SetTime() 和 HAL_RTC_SetDate() 函数将其写入 RTC 寄存器。
6. 获取 RTC 时间和日期函数：
   • RTC_GetTime() 和 RTC_GetDate() 函数分别用于从 RTC 读取时间和日期信息，将结果存储在相应的结构体中。
7. 主函数：
   • 在 main() 函数中，首先初始化 HAL 库和系统时钟，然后初始化 RTC 并设置初始时间和日期。接着进入一个无限循环，在循环中不断读取 RTC 的时间和日期信息，并可以将这些信息进行处理，如通过串口输出或显示在 LCD 上。这里使用 HAL_Delay(1000) 实现每秒读取一次时间，避免过于频繁的读取操作。

五、RTC 闹钟功能

除了基本的时间和日期功能，RTC 还可以设置闹钟。以下是一个简单的闹钟设置示例：

// 设置 RTC 闹钟
void RTC_SetAlarm(uint8_t hours, uint8_t minutes, uint8_t seconds)
{
    RTC_AlarmTypeDef sAlarm = {0};
    sAlarm.AlarmTime.Hours = hours;
    sAlarm.AlarmTime.Minutes = minutes;
    sAlarm.AlarmTime.Seconds = seconds;
    sAlarm.AlarmTime.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
    sAlarm.AlarmTime.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET;
    sAlarm.AlarmMask = RTC_ALARMMASK_DATEWEEKDAY;
    sAlarm.AlarmSubSecondMask = RTC_ALARMSUBSECONDMASK_ALL;
    sAlarm.Alarm = RTC_ALARM_A;
    if (HAL_RTC_SetAlarm_IT(&hrtc, &sAlarm, RTC_FORMAT_BIN)!= HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

// RTC 闹钟中断处理函数
void HAL_RTC_AlarmAEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
{
    // 在此处处理闹钟触发事件，例如唤醒系统或执行特定任务
    // 可以通过清除相应的闹钟标志位来避免重复触发
    __HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(hrtc, RTC_FLAG_ALRAF);
}

代码解释：

1. 设置 RTC 闹钟函数：
   • RTC_SetAlarm() 函数用于设置闹钟时间，通过填充 RTC_AlarmTypeDef 结构体，并使用 HAL_RTC_SetAlarm_IT() 函数设置闹钟并启用中断。
2. RTC 闹钟中断处理函数：
   • HAL_RTC_AlarmAEventCallback() 函数是闹钟 A 的中断处理函数，当闹钟触发时，会调用该函数。在该函数中可以执行所需的操作，如唤醒系统或执行特定任务，并清除相应的闹钟标志位，避免重复触发。

六、注意事项

1. 确保系统时钟的配置正确，特别是在使用外部晶体作为 RTC 时钟源时，要保证晶体起振正常。
2. 在设置时间和日期时，要注意数据的格式，如使用 RTC_FORMAT_BIN 表示使用二进制格式存储和读取数据，避免混淆。
3. 对于闹钟功能，要根据实际需求设置闹钟屏蔽位，以确定哪些时间域（年、月、日、时、分、秒）会触发闹钟。

七、总结

STM32 的 RTC 功能为我们提供了一个可靠且精确的时间和日期管理工具。通过合理的硬件连接和正确的软件编程，我们可以方便地实现时间的读取、设置以及闹钟功能。在不同的 STM32 型号中，RTC 的具体实现细节可能会有细微差别，但基本的操作流程和原理是相似的。在开发过程中，需要仔细阅读芯片手册，根据具体的芯片资源和需求来调整代码和配置，以满足不同应用的时间管理需求。

上述代码只是一个基础示例，在实际应用中，可以根据具体的项目需求进行扩展和优化，例如添加更多的时间处理功能、处理不同的中断源、实现更复杂的定时任务等。

✅作者简介：热爱科研的嵌入式开发者，修心和技术同步精进

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