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| V1.0 | 2020-07-04 | gingko | 初次建立 |
===== 实验十：RTC实时时钟实验——显示日期和时间 =====
==== 一、 实验目的与意义 ====
- 了解STM32 RTC结构。
- 了解STM32 RTC特征。
- 掌握RTC的使用方法。
- 掌握STM32 HAL库中RTC属性的配置方法。
- 掌握KEIL MDK 集成开发环境使用方法。
==== 二、 实验设备及平台 ====
- iCore4 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.15.5923532fsFrHiE&id=551864196684|点击购买]]。
- JLINK（或相同功能）仿真器[[https://item.taobao.com/item.htm?id=554869837940|点击购买]]。
- Micro USB线缆。
- Keil MDK 开发平台。
- STM32CubeMX开发平台。
- 装有WIN XP（及更高版本）系统的计算机。
==== 三、 实验原理 ====
=== 1、STM32F767 RTC时钟简介 ===
* STM32F767的实时时钟（RTC）相对于STM32F1来说，改进了不少，带了日历功能了，STM32F767的RTC，是一个独立的BCD定时器/计数器。RTC提供一个日历时钟（包含年月日时分秒信息）、两个可编程闹钟（ALARMA和ALARMB）中断，以及一个具有中断功能的周期性可编程唤醒标志。RTC还包含用于管理低功耗模式的自动唤醒单元。
* 两个32位寄存器（TR和DR）包含二进码十进数格式(BCD)的秒、分钟、小时（12或24小时制）、星期、日期、月份和年份。此外，还可提供二进制格式的亚秒值。
* STM32F767的RTC可以自动将月份的天数补偿为28、29（闰年）、30和31天。并且还可以进行夏令时补偿。
* RTC模块和时钟配置是在后备区域，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，只要后备区域供电正常，那么RTC将可以一直运行。但是在系统复位后，会自动禁止访问后备寄存器和RTC，以防止对后备区域(BKP)的意外写操作。所以在要设置时间之前，先要取消备份区域（BKP）写保护。
=== 2、RTC主要特性 ===
* RTC单元的主要特性如下：
* 包含亚秒、秒、分钟、小时（12/24小时制）、星期几、日期、月份和年份的日历。
* 软件可编程的夏令时补偿。
* 具有中断功能的可编程闹钟。可通过任意日历字段的组合触发闹钟。
* 自动唤醒单元，可周期性地生成标志以触发自动唤醒中断。
* 参考时钟检测：可使用更加精确的第二时钟源（50Hz或60Hz）来提高日历的精确度。
* 利用亚秒级移位特性与外部时钟实现精确同步。
* 数字校准电路（周期性计数器调整）：精度为0.95ppm，在数秒钟的校准窗口中获得。
* 用于事件保存的时间戳功能。
* 带可配置过滤器和内部上拉的入侵检测事件。
* 可屏蔽中断/事件：
* –闹钟A
* –闹钟B
* –唤醒中断
* –时间戳
* –入侵检测
* 32备份寄存器。
=== 3、RTC框图 ===
{{ :icore4:icore4_arm_hal_10_1.png?direct |}}
=== 4、时钟和分频 ===
* 首先，我们看STM32F767的RTC时钟分频。STM32F767的RTC时钟（RTCCLK）通过时钟控制器，可以从LSE时钟、LSI时钟以及HSE时钟三者中选择（通过RCC_BDCR寄存器选择）。一般我们选择LSE，即外部32.768Khz晶振作为时钟源(RTCCLK)，而RTC时钟核心，要求提供1Hz的时钟，所以，我们要设置RTC的可编程预分配器。STM32F767的可编程预分配器（RTC_PRER）分为2个部分：
* （1）一个通过RTC_PRER寄存器的PREDIV_A位配置的7位异步预分频器。
* （2）一个通过RTC_PRER寄存器的PREDIV_S位配置的15位同步预分频器。
* RTC框图中，ck_spre的时钟可由如下计算公式计算：
* Fck_spre=Frtcclk/[(PREDIV_S+1)*(PREDIV_A+1)]
* 其中，Fck_spre即可用于更新日历时间等信息。PREDIV_A和PREDIV_S为RTC的异步和同步分频器。且推荐设置7位异步预分频器（PREDIV_A）的值较大，以最大程度降低功耗。
=== 5、日历时间（RTC_TR）和日期（RTC_DR）寄存器 ===
* STM32F767的RTC日历时间（RTC_TR）和日期（RTC_DR）寄存器，用于存储时间和日期（也可以用于设置时间和日期），可以通过与PCLK1（APB1时钟）同步的影子寄存器来访问，这些时间和日期寄存器也可以直接访问，这样可避免等待同步的持续时间。
* 每隔2个RTCCLK周期，当前日历值便会复制到影子寄存器，并置位RTC_ISR寄存器的RSF位。我们可以读取RTC_TR和RTC_DR来得到当前时间和日期信息，不过需要注意的是：时间和日期都是以BCD码的格式存储的，读出来要转换一下，才可以得到十进制的数据。
=== 6、可编程闹钟 ===
* STM32F767提供两个可编程闹钟：闹钟A（ALARM_A）和闹钟B（ALARM_B）。通过RTC_CR寄存器的ALRAE和ALRBE位置1来使能闹钟。当日历的亚秒、秒、分、小时、日期分别与闹钟寄存器RTC_ALRMASSR/RTC_ALRMAR和RTC_ALRMBSSR/RTC_ALRMBR中的值匹配时，则可以产生闹钟（需要适当配置）。本章我们将利用闹钟A产生闹铃，即设置RTC_ALRMASSR和RTC_ALRMAR即可。
=== 7、周期性自动唤醒 ===
* STM32F767的RTC不带秒钟中断，但是多了一个周期性自动唤醒功能。周期性唤醒功能，由一个16位可编程自动重载递减计数器（RTC_WUTR）生成，可用于周期性中断/唤醒。
* 我们可以通过RTC_CR寄存器中的WUTE位设置使能此唤醒功能。唤醒定时器的时钟输入可以是：2、4、8或16分频的RTC时钟(RTCCLK)，也可以是ck_spre时钟（一般为1Hz）。
* 本实验中，通过软件对RTC计数器进行相关的配置，可以提供时钟功能，通过修改计时器的值可以调整时钟。最终通过串口在终端显示时间。
==== 四、 实验程序 ====
=== 1、主函数 ===
int main(void)
{
RTC_TimeTypeDef sTime;
RTC_DateTypeDef sDate;
int second_bak = 0;
/* MCU 配置 */
/* 重置所有外围设备，初始化Flash接口和Systick. */
HAL_Init();
/* 配置系统时钟 */
SystemClock_Config();
/* 初始化所有已配置的外围设备*/
MX_GPIO_Init();
MX_RTC_Init();
MX_USART6_UART_Init();
usart6.initialize(115200); //串口波特设置
usart6.printf("\x0c"); //清屏
usart6.printf("\033[1;32;40m"); //设置终端字体为绿色
usart6.printf(" Hello, I am iCore4!\r\n"); //串口信息输出
LED_GREEN_ON;
//设置RTC日期和时间
my_rtc.set_date(17,8,11,5);
my_rtc.set_time(17,43,20);
/* 无限循环 */
while (1)
{
HAL_Delay(100);
//读取RTC日期和时间
HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BIN);
HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &sDate, RTC_FORMAT_BIN);
if(second_bak != sTime.Seconds){
usart6.printf(" %02d:%02d:%02d ",sTime.Hours,sTime.Minutes,sTime.Seconds);
usart6.printf("20%02d-%02d-%02d \r",sDate.Year,sDate.Month,sDate.Date);
second_bak = sTime.Seconds;
}
}
}
=== 2、RTC初始化 ===
void MX_RTC_Init(void)
{
RTC_TimeTypeDef sTime;
RTC_DateTypeDef sDate;
/**仅初始化RTC */
hrtc.Instance = RTC;
hrtc.Init.HourFormat = RTC_HOURFORMAT_24;// RTC设置为24小时格式
hrtc.Init.AsynchPrediv = 127; //RTC 异步分频系数
hrtc.Init.SynchPrediv = 255; //RTC 同步分频系数
hrtc.Init.OutPut = RTC_OUTPUT_DISABLE;
hrtc.Init.OutPutPolarity = RTC_OUTPUT_POLARITY_HIGH; //输出信号的极性
hrtc.Init.OutPutType = RTC_OUTPUT_TYPE_OPENDRAIN;//RTC输出引脚模式
if (HAL_RTC_Init(&hrtc) != HAL_OK)//初始化RTC外设
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
/**初始化RTC并设置时间和日期 */
if(HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR0) != 0x32F2){
sTime.Hours = 0x16;//小时
sTime.Minutes = 0x19;//分钟
sTime.Seconds = 0x0;//秒
sTime.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
sTime.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET;
if (HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK)
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
sDate.WeekDay = RTC_WEEKDAY_MONDAY;
sDate.Month = RTC_MONTH_AUGUST;
sDate.Date = 0x7;
sDate.Year = 0x0;
if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &sDate, RTC_FORMAT_BCD) != HAL_OK)
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc,RTC_BKP_DR0,0x32F2);
}
/**使能唤醒 */
if (HAL_RTCEx_SetWakeUpTimer(&hrtc, 0, RTC_WAKEUPCLOCK_RTCCLK_DIV16) != HAL_OK)
{
_Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
}
}
* 该函数用来初始化RTC配置以及日期和时钟，这里设置时间和日期，分别是通过 HAL_RTC_SetTime函数和 HAL_RTC_SetDate函数来实现。
=== 3、设置时间和日期 ===
* 主函数中调用设置时间和日期的自定义函数rtc_set_time和rtc_set_date来设置初始时间日期，这两个函数实际就是调用库函数里面的HAL_RTC_SetTime函数和HAL_RTC_SetDate函数来实现的，它们的定义如下：
static int rtc_set_time(unsigned char hour,unsigned char min,unsigned char sec)
{
RTC_TimeTypeDef sTime;
sTime.Hours = hour;//小时
sTime.Minutes = min; //分钟
sTime.Seconds = sec; //秒
sTime.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
sTime.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET;
if (HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &sTime, RTC_FORMAT_BIN) != HAL_OK)
{
while(1);
}
return 0;
}
static int rtc_set_date(unsigned char year,unsigned char month,unsigned char date,unsigned char week)
{
RTC_DateTypeDef sDate;
sDate.WeekDay = week; //星期
sDate.Month = month; //月
sDate.Date = date; //日
sDate.Year = year; //年
if (HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &sDate, RTC_FORMAT_BIN) != HAL_OK)
{
while(1);
}
return 0;
}
=== 4、获取时间和日期 ===
/*获取RTC当前时间*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetTime(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_TimeTypeDef *sTime, uint32_t Format)
{
uint32_t tmpreg = 0;
/* 检查参数*/
assert_param(IS_RTC_FORMAT(Format));
/* 从对应的寄存器中获取亚秒值*/
sTime->SubSeconds = (uint32_t)(hrtc->Instance->SSR);
/* 从相应的寄存器字段中获取SecondFraction结构字段/
sTime->SecondFraction = (uint32_t)(hrtc->Instance->PRER & RTC_PRER_PREDIV_S);
/* 获取TR寄存器 */
tmpreg = (uint32_t)(hrtc->Instance->TR & RTC_TR_RESERVED_MASK);
/*用读取的参数填充结构字段 */
sTime->Hours = (uint8_t)((tmpreg & (RTC_TR_HT | RTC_TR_HU)) >> 16);
sTime->Minutes = (uint8_t)((tmpreg & (RTC_TR_MNT | RTC_TR_MNU)) >>8);
sTime->Seconds = (uint8_t)(tmpreg & (RTC_TR_ST | RTC_TR_SU));
sTime->TimeFormat = (uint8_t)((tmpreg & (RTC_TR_PM)) >> 16);
/* 检查输入参数格式 */
if(Format == RTC_FORMAT_BIN)
{
/*将时间结构参数转换为二进制格式*/
sTime->Hours = (uint8_t)RTC_Bcd2ToByte(sTime->Hours);
sTime->Minutes = (uint8_t)RTC_Bcd2ToByte(sTime->Minutes);
sTime->Seconds = (uint8_t)RTC_Bcd2ToByte(sTime->Seconds);
}
return HAL_OK;
}
/*获取RTC当前日期*/
HAL_StatusTypeDef HAL_RTC_GetDate(RTC_HandleTypeDef *hrtc, RTC_DateTypeDef *sDate, uint32_t Format)
{
uint32_t datetmpreg = 0;
/* 检查参数 */
assert_param(IS_RTC_FORMAT(Format));
/* 获取DR寄存器 */
datetmpreg = (uint32_t)(hrtc->Instance->DR & RTC_DR_RESERVED_MASK);
/* 用读取的参数填充结构字段 */
sDate->Year = (uint8_t)((datetmpreg & (RTC_DR_YT | RTC_DR_YU)) >> 16);
sDate->Month = (uint8_t)((datetmpreg & (RTC_DR_MT | RTC_DR_MU)) >> 8);
sDate->Date = (uint8_t)(datetmpreg & (RTC_DR_DT | RTC_DR_DU));
sDate->WeekDay = (uint8_t)((datetmpreg & (RTC_DR_WDU)) >> 13);
/* 检查输入参数格式 */
if(Format == RTC_FORMAT_BIN)
{
/* 将日期结构参数转换为二进制格式 */
sDate->Year = (uint8_t)RTC_Bcd2ToByte(sDate->Year);
sDate->Month = (uint8_t)RTC_Bcd2ToByte(sDate->Month);
sDate->Date = (uint8_t)RTC_Bcd2ToByte(sDate->Date);
}
return HAL_OK;
}
==== 五、 实验步骤 ====
- 把仿真器与iCore4的SWD调试口相连（直接相连或者通过转接器相连）；
- 把iCore4通过Micro USB线与计算机相连，为iCore4供电；
- 打开Keil MDK 开发环境，并打开本实验工程；
- 烧写程序到iCore4上；
- 也可以进入Debug 模式，单步运行或设置断点验证程序逻辑。
==== 六、 实验现象 ====
* 在终端屏幕上可以看到显示的时间和日期。如图所示。
{{ :icore4:icore4_arm_hal_10_2.png?direct |}}