Unix时间戳
这小节的内容属于计算机领域的一个通用知识点，不特别应用在STM32中。
GMT(Greenwich Mean Time)格林尼治标准时间是一种以地球自转为基础的时间计量系统。它将地球自转一周的时间间隔等分为24小时，以此确定计时标准
UTC(Universal Time Coordinated)协调世界时是一种以原子钟为基础的时间计量系统。它规定铯133原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9,192.631.770周所持续的时间为1秒。当原子钟计时一天的时间与地球自转一周的时间相差超过0.9秒时，UTC会执行闰秒来保证其计时与地球自转的协调一致
润秒，也称为闰秒，是国际地球自转服务（IERS）为了使协调世界时（UTC）与地球自转时间保持一致而插入或删除的额外一秒钟。由于地球自转的不均匀性，如潮汐摩擦和地球内部的变化，平均日长会发生变化。为了保持协调世界时与原子时标（International Atomic Time, TAI）的一致性，需要不定期地调整闰秒。
时间戳转换
#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main() {
// 获取当前时间
time_t now;
time(&now); // 获取当前时间戳
// 使用localtime将时间戳转换为本地时间结构体
struct tm *local = localtime(&now);
if (local == NULL) {
fprintf(stderr, "Error in localtime\n");
return 1;
}
// 打印当前时间
printf("当前时间: %d-%d-%d %d:%d:%d\n", local->tm_year + 1900, local->tm_mon + 1, local->tm_mday, local->tm_hour, local->tm_min, local->tm_sec);
// 使用asctime将时间结构体转换为字符串
char *asctime_str = asctime(local);
printf("时间字符串: %s", asctime_str);
// 使用difftime计算两个时间之间的差值
time_t future_time = now + 10; // 假设的未来时间（10秒后）
double diff = difftime(future_time, now);
printf("当前时间与未来时间相差: %f 秒\n", diff);
// 使用strftime格式化时间字符串
char formatted_time[100];
strftime(formatted_time, sizeof(formatted_time), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", local);
printf("格式化后的时间: %s\n", formatted_time);
return 0;
}
BKP
简介
基本结构
- 电池供电：图中橙色区域可以称作后备区域，STM32的后备区域特性是当VDD主电源掉电时，后备区域仍然可以由VBAT的备用电池供电；当VDD主电源上电时，后备区域由VBAT切换到VDD。
- 侵入检测：这个功能可以用来检测对单片机封装的物理攻击，如打开封装、温度变化、电压干扰等。当TAMPER引脚检测到侵入事件时，单片机可以触发一个中断，或者将后备寄存器中的特定数据清零，以保护存储在其中的敏感信息。
- 时钟输出：可以将RTC的相关时钟，从PC13位置的RTC引脚输出出去，供外部使用。其中，输出校准时钟时，再配合这个校准寄存器，可以对RTC的误差进行校准。
单片机的后备区域（Backup Domain）是指在单片机中，为了在系统主电源失效时仍能保持数据不丢失的区域。这个区域通常由一个专门的电源域组成，该电源域由一个纽扣电池或超级电容供电，以确保在主电源断电时，后备区域中的数据仍然能够得到保存。
后备区域通常包括以下部分：
后备寄存器（Backup Registers）：这是一组存储单元，可以在主电源断电时保持其内容。它们通常用于存储关键的数据，如系统配置参数、实时时钟（RTC）的配置和状态等。
实时时钟（RTC）：实时时钟是一个能够在主电源断电时继续运行的时钟模块，它通常有自己的电源域和振荡器，可以在后备电源的支持下继续计时。
后备SRAM：部分单片机在后备区域中包含一定量的SRAM，这些SRAM可以在主电源断电时保持数据不丢失。
唤醒电路：有些单片机的后备区域还包含唤醒电路，可以在后备电源的支持下检测外部事件或定时器事件，并在需要时重新启动系统。
后备区域的设计是为了在主电源断电或系统复位的情况下，保持关键数据不丢失，并能够在适当的时刻恢复系统的运行状态。这在需要高可靠性和数据保持的应用中非常重要，如医疗设备、工业控制系统、汽车电子等。
RTC
简介
RTCCLK是STM32微控制器中RTC模块的时钟源，它有三种可能的来源：HSE时钟除以128、LSE振荡器和LSI振荡器。下面是这三种时钟源的详细讲解和工作机制：
HSE时钟除以128
HSE（High-Speed External）时钟是STM32的一个外部时钟源，通常由一个晶振或陶瓷谐振器提供。HSE时钟的频率可以是4MHz、8MHz、16MHz等，但最常用的是8MHz。
工作机制：当选择HSE作为RTCCLK源时，HSE时钟首先被分频器除以128，得到62.5kHz的时钟信号。然后，这个信号再通过RTC的预分频器进一步分频，以产生1Hz的RTC时钟。由于HSE时钟的频率较高，这种配置可以提供较快的时钟初始化时间。
优点：不需要额外的晶振，节省成本和空间。
缺点：在VDD电源断电时，HSE时钟也会停止，因此需要VBAT电源来维持RTC运行。LSE振荡器
LSE（Low-Speed External）振荡器是一个32.768kHz的晶振，专门用于提供低功耗的时钟信号给RTC模块。
工作机制：LSE振荡器直接提供32.768kHz的时钟信号给RTC。这个频率非常适合RTC，因为它可以被精确地分频为1Hz。RTC的预分频器设置为32768，这样每32.768kHz的周期就对应于1秒的RTC时钟。【一秒32768hz，那么这个频率完成2^15次计数产生溢出所用的时间就是1s，也就是1s一次自然溢出。这样就不用额外设计一个计数目标】
优点：频率稳定，适合长时间计时；只有这一路在VDD电源断电时，LSE振荡器可以由VBAT电源供电，保证RTC的持续运行。LSI振荡器
LSI（Low-Speed Internal）振荡器是一个内置的RC振荡器，其频率为40kHz。【内部RC振荡器一般没有外部晶振高】
工作机制：LSI振荡器提供40kHz的时钟信号给RTC。由于这个频率不是标准的RTC时钟频率，因此需要通过RTC的预分频器进行分频，以得到接近1Hz的RTC时钟。由于LSI的频率并不非常稳定，因此它通常不用于对时间精度要求很高的应用。
优点：不需要外部晶振，降低了成本和电路复杂性。
缺点：频率不稳定，可能导致时间误差；在VDD电源断电时，LSI振荡器也会停止，因此需要VBAT电源来维持RTC运行。
最常用选择LSE（Low-Speed External）振荡器作为RTC（Real Time Clock）的时钟来源的原因主要有以下几点：
- 本身就专供RTC使用的，其余都有各自的任务：HSE主要作为系统主时钟，LSI主要作为看门狗时钟。
最重要的原因只有它可以通过VBAT备用电池供电，其余两路时钟，在主电源断电后，是停止运行的。
框图
详细讲解，有需求可以看视频，更好学习。
RTC基本结构
首先，我们需要确定RTC的时钟源。随后，RTCCLK将通过预分频器进行分频处理。在这个过程中，余数寄存器充当一个自减计数器，负责记录当前的计数值，而重装寄存器则设定了计数的目标值，从而决定了分频的比率。完成分频后，我们得到一个1Hz的秒脉冲信号，该信号被送入一个32位的计数器，该计数器每秒钟递增一次。此外，还存在一个32位的闹钟寄存器，用于设置闹钟时间；如果不使用闹钟功能，可以忽略这一部分。
在右侧，有三个中断信号源，分别是秒脉冲信号、计数器溢出信号和闹钟信号。这些信号首先需要通过中断输出控制进行使能，只有被使能的中断信号才能传递到NVIC（嵌套向量中断控制器），进而向CPU发出中断请求。
在编程过程中，我们首先设置数据选择器以选择时钟源，接着配置重装寄存器以确定分频系数；配置32位计数器以进行日期和时间的读写操作；如果需要闹钟功能，配置32位闹钟值即可；对于中断功能，首先启用中断，然后配置NVIC，并编写相应的中断服务函数。这些步骤构成了RTC外设配置的核心内容。
RTC硬件电路
在最小系统上，外部电路还要额外额外加两部分：第一部分是备用电池供电；第二部分是外部低速晶振。
备用电池供电
简单连接
就是直接使用一个3V的电池，负极和系统供地，正极直接引到STM32的VBAT引脚，参考是手册中的内容：
推荐连接
在VBAT引脚和备用电池之间，通常会放置一个二极管（如1N4148）。这个二极管的作用是在主电源存在时阻止电池向系统供电，并在主电源断电时允许电池为系统供电。在VBAT引脚附近，通常会放置一个退耦电容（如10uF），用于平滑电源电压，减少电源噪声，确保RTC的稳定运行。
这个方案参考手册中：
外部低速晶振
RTC操作注意事项
- 首先，值得注意的是，虽然大多数外设只需开启时钟即可使用，但BKP和RTC的操作相对复杂。若需使用这两个外设，必须遵循以下两步：第一步是开启PWR和BKP的时钟，第二步是通过PWR使能对BKP和RTC的访问。在初始化过程中，务必按照这一流程操作。
- 当我们读取RTC寄存器时，需要特别留意，如果RTC的APB1接口之前处于禁止状态，我们必须等待RTC_CRL寄存器中的RSF位被硬件置1，这一步在代码中对应的是调用RTC等待同步的库函数。通常，这个函数会在设备刚上电时执行一次。为什么要有这一步呢？可以看看框图，是因为存在两个不同的时钟域：PCLK1(36MHz)和RTCCLK((32KHz)。PCLK1在主电源掉电时会停止，而RTCCLK则不会，它由RTC的晶振驱动，确保RTC在电源掉电时仍能正常工作。
在读取RTC寄存器时，由于PCLK1和RTCCLK的频率不同，会出现时钟不同步的问题。RTC寄存器的值是在RTCCLK的上升沿更新的，但PCLK1的频率远高于RTCCLK。如果在APB1接口刚刚启用时就立即读取RTC寄存器，可能会读取到还未同步的旧值，通常会是0。因此，在APB1总线刚开机时，我们需要等待RTCCLK的上升沿，以确保RTC寄存器的值已经同步到APB1总线上。这个过程是自动的，只需调用等待同步的函数即可。 - 接下来，必须设置RTC_CRL寄存器中的CNF位，使RTC进入配置模式，才能写入RTC_PRL、RTC_CNT、RTC_ALR寄存器。这一操作虽然简单，但它是RTC设置时间的关键步骤。在库函数中，每个写寄存器的函数都会自动执行这一操作，因此无需单独调用函数进入配置模式。
- 最后，对RTC任何寄存器的写操作，都应在前一次写操作完成后进行。通过查询RTC_CR寄存器中的RTOFF状态位，可以判断RTC寄存器是否处于更新中。只有当RTOFF状态位为1时，才能进行下一次写入操作。这一步骤在代码中同样通过调用一个等待函数实现。这与读写flash芯片的操作类似，旨在确保写入操作的完整性。原因在于PCLK1和RTCCLK的时钟频率不同，写入操作完成后需等待RTCCLK的上升沿，以确保值正确更新到RTC寄存器。了解这一操作后，在代码中只需调用相应的等待函数即可。
代码实战：读写备份寄存器&实时时钟
- 读写备份寄存器接线图
main.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Key.h"
uint8_t KeyNum; //定义用于接收按键键码的变量
uint16_t ArrayWrite[] = {0x1234, 0x5678}; //定义要写入数据的测试数组
uint16_t ArrayRead[2]; //定义要读取数据的测试数组
int main(void)
{
/*模块初始化*/
OLED_Init(); //OLED初始化
Key_Init(); //按键初始化
/*显示静态字符串*/
OLED_ShowString(1, 1, "W:");
OLED_ShowString(2, 1, "R:");
/*开启时钟*/
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE); //开启PWR的时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE); //开启BKP的时钟
/*备份寄存器访问使能*/
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使用PWR开启对备份寄存器的访问
while (1)
{
KeyNum = Key_GetNum(); //获取按键键码
if (KeyNum == 1) //按键1按下
{
ArrayWrite[0] ++; //测试数据自增
ArrayWrite[1] ++;
BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, ArrayWrite[0]); //写入测试数据到备份寄存器
BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR2, ArrayWrite[1]);
OLED_ShowHexNum(1, 3, ArrayWrite[0], 4); //显示写入的测试数据
OLED_ShowHexNum(1, 8, ArrayWrite[1], 4);
}
ArrayRead[0] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1); //读取备份寄存器的数据
ArrayRead[1] = BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR2);
OLED_ShowHexNum(2, 3, ArrayRead[0], 4); //显示读取的备份寄存器数据
OLED_ShowHexNum(2, 8, ArrayRead[1], 4);
}
}
- 实时时钟接线图
main.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MyRTC.h"
int main(void)
{
/*模块初始化*/
OLED_Init(); //OLED初始化
MyRTC_Init(); //RTC初始化
/*显示静态字符串*/
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_ReadTime(); //RTC读取时间，最新的时间存储到MyRTC_Time数组中
OLED_ShowNum(1, 6, MyRTC_Time[0], 4); //显示MyRTC_Time数组中的时间值，年
OLED_ShowNum(1, 11, MyRTC_Time[1], 2); //月
OLED_ShowNum(1, 14, MyRTC_Time[2], 2); //日
OLED_ShowNum(2, 6, MyRTC_Time[3], 2); //时
OLED_ShowNum(2, 9, MyRTC_Time[4], 2); //分
OLED_ShowNum(2, 12, MyRTC_Time[5], 2); //秒
OLED_ShowNum(3, 6, RTC_GetCounter(), 10); //显示32位的秒计数器
OLED_ShowNum(4, 6, RTC_GetDivider(), 10); //显示余数寄存器
}
}
My_RTC.c
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include <time.h>
uint16_t MyRTC_Time[] = {2023, 1, 1, 23, 59, 55}; //定义全局的时间数组，数组内容分别为年、月、日、时、分、秒
void MyRTC_SetTime(void); //函数声明
/**
* 函 数：RTC初始化
* 参 数：无
* 返 回 值：无
*/
void MyRTC_Init(void)
{
/*开启时钟*/
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE); //开启PWR的时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE); //开启BKP的时钟
/*备份寄存器访问使能*/
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE); //使用PWR开启对备份寄存器的访问
if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5) //通过写入备份寄存器的标志位，判断RTC是否是第一次配置
//if成立则执行第一次的RTC配置
{
RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON); //开启LSE时钟
while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) != SET); //等待LSE准备就绪
RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE); //选择RTCCLK来源为LSE
RCC_RTCCLKCmd(ENABLE); //RTCCLK使能
RTC_WaitForSynchro(); //等待同步
RTC_WaitForLastTask(); //等待上一次操作完成
RTC_SetPrescaler(32768 - 1); //设置RTC预分频器，预分频后的计数频率为1Hz
RTC_WaitForLastTask(); //等待上一次操作完成
MyRTC_SetTime(); //设置时间，调用此函数，全局数组里时间值刷新到RTC硬件电路
BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5); //在备份寄存器写入自己规定的标志位，用于判断RTC是不是第一次执行配置
}
else //RTC不是第一次配置
{
RTC_WaitForSynchro(); //等待同步
RTC_WaitForLastTask(); //等待上一次操作完成
}
}
//如果LSE无法起振导致程序卡死在初始化函数中
//可将初始化函数替换为下述代码，使用LSI当作RTCCLK
//LSI无法由备用电源供电，故主电源掉电时，RTC走时会暂停
/*
void MyRTC_Init(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
if (BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1) != 0xA5A5)
{
RCC_LSICmd(ENABLE);
while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) != SET);
RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);
RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
RTC_WaitForSynchro();
RTC_WaitForLastTask();
RTC_SetPrescaler(40000 - 1);
RTC_WaitForLastTask();
MyRTC_SetTime();
BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1, 0xA5A5);
}
else
{
RCC_LSICmd(ENABLE); //即使不是第一次配置，也需要再次开启LSI时钟
while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY) != SET);
RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);
RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
RTC_WaitForSynchro();
RTC_WaitForLastTask();
}
}*/
/**
* 函 数：RTC设置时间
* 参 数：无
* 返 回 值：无
* 说 明：调用此函数后，全局数组里时间值将刷新到RTC硬件电路
*/
void MyRTC_SetTime(void)
{
time_t time_cnt; //定义秒计数器数据类型
struct tm time_date; //定义日期时间数据类型
time_date.tm_year = MyRTC_Time[0] - 1900; //将数组的时间赋值给日期时间结构体
time_date.tm_mon = MyRTC_Time[1] - 1;
time_date.tm_mday = MyRTC_Time[2];
time_date.tm_hour = MyRTC_Time[3];
time_date.tm_min = MyRTC_Time[4];
time_date.tm_sec = MyRTC_Time[5];
time_cnt = mktime(&time_date) - 8 * 60 * 60; //调用mktime函数，将日期时间转换为秒计数器格式
//- 8 * 60 * 60为东八区的时区调整
RTC_SetCounter(time_cnt); //将秒计数器写入到RTC的CNT中
RTC_WaitForLastTask(); //等待上一次操作完成
}
/**
* 函 数：RTC读取时间
* 参 数：无
* 返 回 值：无
* 说 明：调用此函数后，RTC硬件电路里时间值将刷新到全局数组
*/
void MyRTC_ReadTime(void)
{
time_t time_cnt; //定义秒计数器数据类型
struct tm time_date; //定义日期时间数据类型
time_cnt = RTC_GetCounter() + 8 * 60 * 60; //读取RTC的CNT，获取当前的秒计数器
//+ 8 * 60 * 60为东八区的时区调整
time_date = *localtime(&time_cnt); //使用localtime函数，将秒计数器转换为日期时间格式
MyRTC_Time[0] = time_date.tm_year + 1900; //将日期时间结构体赋值给数组的时间
MyRTC_Time[1] = time_date.tm_mon + 1;
MyRTC_Time[2] = time_date.tm_mday;
MyRTC_Time[3] = time_date.tm_hour;
MyRTC_Time[4] = time_date.tm_min;
MyRTC_Time[5] = time_date.tm_sec;
}