【雕爷学编程】MicroPython手册之达芬奇 TKM32F499 实时时钟(RTC)

MicroPython是为了在嵌入式系统中运行Python 3编程语言而设计的轻量级版本解释器。与常规Python相比，MicroPython解释器体积小(仅100KB左右)，通过编译成二进制Executable文件运行，执行效率较高。它使用了轻量级的垃圾回收机制并移除了大部分Python标准库，以适应资源限制的微控制器。

MicroPython主要特点包括:
1、语法和功能与标准Python兼容,易学易用。支持Python大多数核心语法。
2、对硬件直接访问和控制,像Arduino一样控制GPIO、I2C、SPI等。
3、强大的模块系统,提供文件系统、网络、图形界面等功能。
4、支持交叉编译生成高效的原生代码,速度比解释器快10-100倍。
5、代码量少,内存占用小,适合运行在MCU和内存小的开发板上。
6、开源许可,免费使用。Shell交互环境为开发测试提供便利。
7、内置I/O驱动支持大量微控制器平台，如ESP8266、ESP32、STM32、micro:bit、掌控板和PyBoard等。有活跃的社区。

MicroPython的应用场景包括:
1、为嵌入式产品快速构建原型和用户交互。
2、制作一些小型的可 programmable 硬件项目。
3、作为教育工具,帮助初学者学习Python和物联网编程。
4、构建智能设备固件,实现高级控制和云连接。
5、各种微控制器应用如物联网、嵌入式智能、机器人等。

使用MicroPython需要注意:
1、内存和Flash空间有限。
2、解释执行效率不如C语言。
3、部分库函数与标准版有差异。
4、针对平台优化语法,订正与标准Python的差异。
5、合理使用内存资源,避免频繁分配大内存块。
6、利用原生代码提升速度关键部位的性能。
7、适当使用抽象来封装底层硬件操作。

总体来说,MicroPython让Python进入了微控制器领域，是一项重要的创新，既降低了编程门槛，又提供了良好的硬件控制能力。非常适合各类物联网和智能硬件的开发。

达芬奇 TKM32F499是一款基于ARM Cortex-M4内核的微控制器，以下是其主要的参考技术参数：
1、内核和性能：
内核: ARM Cortex-M4
最高主频: 240 MHz
性能: 225 DMIPS / 608 CoreMark
2、存储器：
Flash存储器: 1 MB
RAM: 192 KB
存储器接口: 支持外部存储器扩展（例如，SD卡，NOR Flash等）
3、外设接口：
通用IO口（GPIO）: 支持多达 101 个GPIO引脚，可用于数字输入/输出、中断等。
串行通信接口: 包括多个UART、SPI、I2C接口，用于与外部设备进行通信。
USB接口: 支持USB 2.0 FS（全速）。
定时器: 包括多个定时器/计数器，可用于定时、脉冲宽度调制（PWM）等应用。
ADC和DAC: 内置多个模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC），用于模拟信号的采集和输出。
LCD控制器: 支持液晶显示器（LCD）的控制和驱动。
触摸控制器: 支持电容式触摸屏的控制和输入。
SD卡控制器: 支持SD卡的读写操作。
Ethernet控制器: 支持以太网通信。
4、电源管理：
电源供应: 支持广泛的电源电压范围，包括 3.0V 至 3.6V 的工作电压。
低功耗模式: 支持多种低功耗模式，以最小化功耗。
5、安全性：
安全特性: 支持硬件加密和解密、随机数生成器等安全功能，保护系统的数据和通信安全。
6、开发工具支持：
开发环境: 支持常见的开发环境，如Keil MDK、IAR Embedded Workbench等。
调试接口: 支持标准的SWD（Serial Wire Debug）调试接口。

MicroPython的达芬奇TKM32F499提供了实时时钟（RTC）功能，下面将以专业的视角为您详细解释其主要特点、应用场景以及需要注意的事项。

主要特点：

独立计时：实时时钟是一个独立的计时器，不受主系统的影响。即使主系统处于关机或休眠状态，实时时钟仍然能够继续计时。这使得实时时钟适用于需要长期计时或需要在关机状态下记录时间的应用场景。

高精度：实时时钟具有较高的时间精度，通常可以达到秒级或更高级别的精度。这使得实时时钟适用于需要准确时间戳或时间间隔测量的应用，如日志记录、事件调度等。

日期和时间功能：实时时钟不仅可以提供当前的时间，还可以提供日期、年份、星期等相关信息。这使得实时时钟可以用于日历功能、闹钟功能等需要日期和时间的应用。

电池备份：为了保持实时时钟的计时功能，在主系统关闭或断电时，实时时钟通常会采用电池供电以保持时间数据。这使得实时时钟在断电或重新上电后能够恢复正常工作，并保持准确的时间数据。

应用场景：

日志记录：实时时钟可以用于记录事件的时间戳，例如系统日志、传感器数据记录等。通过准确的时间戳，可以方便地对事件进行排序、分析和回溯。

闹钟和定时提醒：实时时钟可以用于设置闹钟和定时提醒功能。通过设定特定的时间和日期，实时时钟可以触发闹钟、提醒或执行预定的任务。

定时任务调度：对于需要按照时间计划执行任务的应用，实时时钟可以提供准确的时间基准。例如，可以使用实时时钟来调度定时采集数据、控制设备或执行周期性任务。

需要注意的事项：

电池维护：如果实时时钟需要电池备份以保持时间数据，在使用之前需要确保电池正常工作，并根据需要定期更换电池。

时间校准：实时时钟的准确性可能会受到温度、电池电压等因素的影响。在需要更高精度的应用中，可以通过定期校准实时时钟来确保时间的准确性。

时区和夏令时：在一些应用中，可能需要考虑时区和夏令时的处理。根据具体需求，需要合适地配置实时时钟来适应不同的时区和夏令时规则。

综上所述，MicroPython的达芬奇TKM32F499的实时时钟（RTC）具有独立计时、高精度、日期和时间功能以及电池备份等特点。它适用于日志记录、闹钟和定时提醒、定时任务调度等应用场景。在使用实时时钟时，需要注意电池维护、时间校准以及时区和夏令时的处理，以确保准确的时间记录和功能的正常运行。

案例1：实时时钟显示

import machine
import time

# 初始化RTC模块
rtc = machine.RTC()

# 设置时间
rtc.datetime((2022, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0))

while True:
    # 获取当前时间
    current_time = rtc.datetime()

    # 格式化时间字符串
    time_str = "{:04d}-{:02d}-{:02d} {:02d}:{:02d}:{:02d}".format(
        current_time[0], current_time[1], current_time[2], current_time[3], current_time[4], current_time[5]
    )

    # 打印时间
    print(time_str)

    # 延时1秒
    time.sleep(1)

要点解读：

导入machine和time库。
初始化RTC模块。
设置RTC的时间为2022年1月1日0时0分0秒。
使用一个无限循环，不断获取当前时间并格式化为字符串。
打印格式化后的时间字符串。
延时1秒，以便观察实时更新的时间。

案例2：RTC闹

import machine
import time

# 初始化RTC模块
rtc = machine.RTC()

# 设置闹钟时间为2022年1月1日0时0分0秒
alarm_time = (2022, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0)

# 设置闹钟回调函数
def alarm_callback():
    print("闹钟响了！")

# 设置闹钟
rtc.alarm(alarm_time, alarm_callback)

while True:
    # 延时1秒，以便观察实时更新的闹钟状态
    time.sleep(1)

要点解读：
导入machine和time库。
初始化RTC模块。
设置闹钟时间为2022年1月1日0时0分0秒。
定义一个回调函数alarm_callback，当闹钟响起时调用该函数。
使用rtc.alarm()方法设置闹钟，传入闹钟时间和回调函数。
使用一个无限循环，不断检查闹钟状态。
延时1秒，以便观察实时更新的闹钟状态。

案例3：RTC定时器

import machine
import time

# 初始化RTC模块
rtc = machine.RTC()

# 设置定时器时间为10秒后触发
timer_time = 10

def timer_callback():
    print("定时器触发！")

# 设置定时器
rtc.alarm(timer_time, timer_callback)

while True:
    # 延时1秒，以便观察实时更新的定时器状态
    time.sleep(1)

要点解读：
导入machine和time库。
初始化RTC模块。
设置定时器时间为10秒后触发。
定义一个回调函数timer_callback，当定时器触发时调用该函数。
使用rtc.alarm()方法设置定时器，传入定时器时间和回调函数。
使用一个无限循环，不断检查定时器状态。
延时1秒，以便观察实时更新的定时器状态。

案例4：设置RTC的时间

from machine import RTC  
import utime  
  
# 初始化RTC  
rtc = RTC()  
  
# 设置时间（年，月，日，时，分，秒）  
rtc.datetime(utime.localtime())  
  
while True:  
    # 打印当前时间  
    print(rtc.datetime())  
    utime.sleep(1)

这个示例首先导入了machine模块中的RTC类和utime模块。然后，它初始化了一个RTC对象，并使用当前时间来设置RTC。在无限循环中，它每秒打印一次当前时间。

示例5：使用定时器

from machine import RTC, Timer  
import utime  
  
# 初始化RTC和定时器  
rtc = RTC()  
timer = Timer(1)  
  
# 设置定时器间隔（这里设置为1秒）  
timer.init(period=1000000, mode=Timer.PERIODIC, callback=timer_callback)  
  
def timer_callback():  
    # 获取并打印当前时间  
    print(rtc.datetime())  
  
while True:  
    # 主循环什么都不做，让定时器运行  
    pass

这个示例初始化了RTC和定时器。定时器被设置为每1秒触发一次，当定时器触发时，它将调用timer_callback函数。这个函数获取并打印当前时间。主循环只是让程序继续运行，实际的工作都在定时器回调函数中进行。

案例6：闹钟

from machine import RTC, Pin  
import utime  
  
# 初始化RTC和蜂鸣器GPIO  
rtc = RTC()  
buzzer = Pin(25, Pin.OUT)  
  
# 设置闹钟（每天的这个时候）  
rtc.alarm(utime.localtime(1420000000))  # 2023年5月24日中午1点33分20秒（UTC时间）  
  
# 设置蜂鸣器在闹钟响时鸣叫  
def alarm_callback():  
    buzzer.value(1)  
    rtc.alarm_clear()  # 清除闹钟  
    buzzer.value(0)  # 停止蜂鸣器  
  
rtc.irq(handler=alarm_callback, wake=rtc.ALARM)  # 设置中断处理程序  
  
while True:  
    # 主循环什么都不做，让程序运行  
    pass

这个示例首先初始化了RTC和蜂鸣器GPIO。然后，它设置了一个闹钟，当到达设定的时间时，它将调用alarm_callback函数。这个函数将蜂鸣器设置为鸣叫状态，然后清除闹钟，并停止蜂鸣器。最后，它通过rtc.irq设置了一个中断处理程序来处理闹钟事件。主循环只是让程序继续运行，当闹钟响起时，蜂鸣器会发出声音。

案例7：设置RTC时间

from machine import RTC

# 创建RTC对象
rtc = RTC()

# 设置RTC时间
rtc.datetime((2023, 10, 20, 10, 30, 0, 0, 0))

要点解读：
使用machine.RTC类创建RTC对象。
使用rtc.datetime方法设置RTC的日期和时间。方法接受一个元组作为参数，元组的元素依次表示年、月、日、时、分、秒、星期和毫秒。

案例8：读取RTC时间

from machine import RTC

# 创建RTC对象
rtc = RTC()

# 读取RTC时间
datetime = rtc.datetime()
print("Current time: {}".format(datetime))

要点解读：
使用machine.RTC类创建RTC对象。
使用rtc.datetime方法读取RTC的当前日期和时间，并将结果存储在一个元组中。

案例9：使用RTC定时唤醒

from machine import RTC, Pin

# 创建RTC对象
rtc = RTC()

# 设置RTC定时唤醒
rtc.alarm(0, time=rtc.datetime(), repeat=True)

# 定义唤醒处理函数
def wakeup_handler(alarm):
    print("Wake up!")

# 设置唤醒处理函数
rtc.irq(trigger=rtc.ALARM0, wake=rtc.WAKEUP, handler=wakeup_handler)

# 进入低功耗模式
machine.deepsleep()

要点解读：
使用machine.RTC类创建RTC对象。
使用rtc.alarm方法设置RTC的定时唤醒功能。方法的第一个参数为唤醒编号，第二个参数time指定唤醒的日期和时间，repeat参数指示是否重复定时唤醒。
定义了一个唤醒处理函数wakeup_handler，用于处理RTC定时唤醒事件。
使用rtc.irq方法设置RTC的中断触发条件和唤醒类型，并将唤醒处理函数指定为handler。
使用machine.deepsleep()进入低功耗模式，等待RTC定时唤醒。以上代码示例展示了在达芬奇TKM32F499上使用MicroPython进行实时时钟（RTC）操作的实际应用。您可以根据需求和实际情况，使用这些示例代码作为起点进行修改和扩展。请注意，具体的RTC操作和唤醒功能可能会因硬件的不同而有所变化，请参考您的硬件文档以及MicroPython的文档以获取更详细的信息。

请注意，以上案例只是为了拓展思路，可能存在错误或不适用的情况。不同的硬件平台、使用场景和MicroPython版本可能会导致不同的使用方法。在实际编程中，您需要根据您的硬件配置和具体需求进行调整，并进行多次实际测试。需要正确连接硬件并了解所使用的传感器和设备的规范和特性非常重要。对于涉及到硬件操作的代码，请确保在使用之前充分了解和确认所使用的引脚和电平等参数的正确性和安全性。