【STM32】RTC实时时钟

一、Unix时间戳

1.1 什么是时间戳

• Unix 时间戳（Unix Timestamp）定义为从UTC/GMT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位的整型变量
• 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

时间戳是标识某一时刻的数值或字符串，通常以“从固定基准时间（如1970-01-01 00:00:00 UTC）起的秒数”或“人类可读的日期时间文本”形式存在，用于记录、同步或验证时间先后。

ps（了解）：
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

1.2 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、日期时间和字符串之间的转换

1.3 C标准库<time.h>

以下是time.h头文件中各个时间戳转换相关函数的使用示例及详细解释：

(1) time_t time(time_t*)

该函数用于获取系统当前的时间，返回值是从1970年1月1日00:00:00 UTC 到当前时间所经过的秒数。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {time_t current_time;// 获取当前时间current_time = time(NULL); printf("从1970年1月1日00:00:00 UTC到现在经过的秒数为: %ld\n", (long)current_time);return 0;
}

解释：

• time(NULL)表示直接获取当前时间戳，参数传入NULL，表示不需要将时间戳存储到传入的指针指向的位置。函数返回值赋给current_time，然后通过printf打印出来。

(2) struct tm* gmtime(const time_t*)

将time_t类型表示的秒计数器转换为格林尼治时间的struct tm结构体形式。

 struct tm {int tm_sec;         /* 秒，范围从 0 到 59 */int tm_min;         /* 分，范围从 0 到 59 */int tm_hour;        /* 小时，范围从 0 到 23 */int tm_mday;        /* 一月中的第几天，范围从 1 到 31 */int tm_mon;         /* 月份，范围从 0 到 11 */int tm_year;        /* 自 1900 起的年数 */int tm_wday;        /* 一周中的第几天，范围从 0 到 6 */int tm_yday;        /* 一年中的第几天，范围从 0 到 365 */int tm_isdst;       /* 夏令时 */    
};   

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {time_t current_time = time(NULL);struct tm *gmt_time = gmtime(&current_time);printf("格林尼治时间：%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\n", gmt_time->tm_year + 1900, gmt_time->tm_mon + 1, gmt_time->tm_mday,gmt_time->tm_hour, gmt_time->tm_min, gmt_time->tm_sec);return 0;
}

解释：

• 先通过time函数获取当前时间戳current_time。
• 然后将current_time的地址传入gmtime函数，gmtime函数会将秒数转换为格林尼治时间的struct tm结构体，并返回指向该结构体的指针，赋值给gmt_time。
• struct tm结构体中，tm_year是从1900年开始的年份偏移，tm_mon是从0开始的月份偏移，所以在打印时需要进行相应的处理。

(3) struct tm* localtime(const time_t*)

将time_t类型表示的秒计数器转换为本地时间的struct tm结构体形式。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {time_t current_time = time(NULL);struct tm *local_time = localtime(&current_time);printf("本地时间：%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\n", local_time->tm_year + 1900, local_time->tm_mon + 1, local_time->tm_mday,local_time->tm_hour, local_time->tm_min, local_time->tm_sec);return 0;
}

解释：
与gmtime函数类似，不同之处在于localtime会根据系统设置的时区信息，将秒数转换为本地时间对应的struct tm结构体 。

(4) time_t mktime(struct tm*)

将struct tm结构体表示的日期时间转换为time_t类型的秒计数器（以本地时间为准）。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {struct tm custom_time = {.tm_year = 2024 - 1900, .tm_mon = 10 - 1, .tm_mday = 1, .tm_hour = 12, .tm_min = 30, .tm_sec = 0};time_t seconds = mktime(&custom_time);printf("自定义时间对应的秒数为: %ld\n", (long)seconds);return 0;
}

解释：

• 先定义一个struct tm结构体custom_time，并设置好各个成员变量，注意年份和月份的偏移。
• 然后将custom_time的地址传入mktime函数，mktime函数会根据本地时区，将结构体表示的时间转换为从1970年1月1日00:00:00 UTC 开始的秒数，返回值赋给seconds并打印。

(5) char* ctime(const time_t*)

将time_t类型表示的秒计数器转换为默认格式的字符串。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {time_t current_time = time(NULL);char *time_str = ctime(&current_time);printf("当前时间字符串: %s", time_str);return 0;
}

解释：

• 先获取当前时间戳current_time。
• 再将current_time的地址传入ctime函数，ctime函数会将秒数转换为默认格式的字符串，例如Wed Oct 18 15:30:00 2023\n ，并返回指向该字符串的指针，最后打印输出。

(6) char* asctime(const struct tm*)

将struct tm结构体表示的日期时间转换为默认格式的字符串。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {time_t current_time = time(NULL);struct tm *local_time = localtime(&current_time);char *time_str = asctime(local_time);printf("本地时间字符串: %s", time_str);return 0;
}

解释：

• 先获取当前时间戳并转换为本地时间的struct tm结构体。
• 然后将local_time指针传入asctime函数，asctime函数会将struct tm结构体表示的时间转换为默认格式的字符串 ，并返回指向该字符串的指针，最后打印出来。

(7) size_t strftime(char*, size_t, const char*, const struct tm*)

将struct tm结构体表示的日期时间按照自定义格式转换为字符串。

#include <stdio.h>
#include <time.h>int main() {time_t current_time = time(NULL);struct tm *local_time = localtime(&current_time);char buffer[100];strftime(buffer, sizeof(buffer), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", local_time);printf("自定义格式的本地时间字符串: %s\n", buffer);return 0;
}

解释：

• 同样先获取当前时间戳并转换为本地时间的struct tm结构体。
• 定义一个字符数组buffer用于存储转换后的字符串。
• strftime函数的第一个参数是目标字符串缓冲区指针，第二个参数是缓冲区的大小，第三个参数是自定义的格式字符串，%Y表示四位数的年份，%m表示两位数的月份，%d表示两位数的日期，%H表示小时（24小时制），%M表示分钟，%S表示秒，第四个参数是指向struct tm结构体的指针。函数会按照指定格式将时间转换为字符串存入buffer，最后打印输出。

二、BKP备份寄存器

2.1 BKP简介

• BKP（Backup Registers）备份寄存器
• BKP 可用于存储用户应用程序数据。当 VDD（2.0~3.6V）电源被切断，他们仍然由 VBAT（1.8~3.6V）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，他们也不会被复位
• 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（中容量和小容量）/ 84字节（大容量和互联型）

2.2 BKP基本结构

• VBAT（备用电池输入）：当主电源（VDD）掉电时，VBAT 为备份域供电，确保备份寄存器（DR）、RTC 等模块在主电源中断后仍能工作或保存数据（实现 “掉电不丢失”）。
• TAMPER（入侵检测输入）：外部入侵检测信号输入，可触发 “入侵事件”（如检测到外部引脚被非法触碰），进而触发备份域的中断或数据保护逻辑。
• RTC（时钟输出 / 输入）：与实时时钟（RTC）模块交互，既接收 RTC 的时钟信号用于时间同步，也可将 RTC 的时钟（如秒脉冲、闹钟脉冲）输出，为外部设备提供时间基准。
• 控制寄存器：配置备份域的工作模式（如入侵检测的触发条件、时钟输出的使能等）。
• 状态寄存器：反馈备份域的运行状态（如是否检测到入侵、VBAT 供电是否正常等）。
• RTC 时钟校准寄存器：用于微调 RTC 的时钟精度，补偿晶体振荡的误差，让 RTC 计时更准确。

三、RTC实时时钟

3.1 RTC简介

• RTC（Real Time Clock）实时时钟
• RTC是一个独立的定时器，可为系统提供时钟和日历的功能
• RTC 和时钟配置系统处于后备区域，系统复位时数据不清零，VDD（2.0~3.6V）断电后可借助 VBAT（1.8~3.6V）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（通常为8MHz/128）
  LSE振荡器时钟（通常为32.768KHz）
  LSI振荡器时钟（40KHz）

3.2 RTC框图

1. RTCCLK：RTC 的输入时钟源（通常来自外部 32.768kHz 晶振、内部低速时钟 LSI，或其他高速时钟分频后得到），是 RTC 计时的 “基准脉冲”。

2. RTC 预分频器（分频产生 “秒脉冲”）
预分频器由 RTC_PRL（预分频装载寄存器） 和 RTC_DIV（预分频余数寄存器） 组成，作用是将 RTCCLK 分频为1Hz 的秒脉冲（实现 “秒计数”）：

• RTC_PRL：存储预分频系数（比如 32.768kHz 时钟时，PRL 通常设为 32767，对应分频比 32768）。
• RTC_DIV：实时递减计数器，从 RTC_PRL 的值开始自减，当减到 0 时，产生一个 “溢出脉冲”（即TR_CLK），同时自动重新加载 RTC_PRL 的值，循环往复。
• 上升沿触发：RTC_DIV 的递减由 RTCCLK 的上升沿驱动，保证分频节奏与时钟源同步。

3. 32 位可编程计数器与闹钟（计时核心）

• RTC_CNT（32 位计数器）：
  接收预分频器产生的 TR_CLK（1Hz 脉冲），每收到一个脉冲就加 1，因此 RTC_CNT 的值代表 “从基准时间（如 1970-01-01 00:00:00）起经过的秒数”。
  标注 “待机时维持供电”：待机模式下，RTC_CNT 仍靠备份域供电，计时不中断（这是 RTC 掉电仍能计时的关键）。
• RTC_ALR（闹钟寄存器）：
  存储用户设置的 “闹钟时间”（对应 RTC_CNT 的某个计数值）。
  内部比较器 “=”：实时比较 RTC_CNT 与 RTC_ALR 的值，当两者相等时，产生 RTC_Alarm 信号（触发闹钟）。

4. 中断与待机唤醒控制

• RTC_Second：秒脉冲，每秒产生一次，用于秒级计时或同步。
• RTC_Overflow：计数器溢出，32位计数器计满后触发（因周期极长，实际少用）。
• RTC_Alarm：闹钟匹配，当RTC计数值与预设闹钟值一致时触发，用于定时唤醒或事件触发。
• 待机唤醒（WKP_STDBY）：
  当 MCU 处于待机模式时，RTC_Alarm 信号可通过 WKP_STDBY 逻辑，直接触发 “退出待机模式”（无需 NVIC 参与，因为待机时 NVIC 断电）。
  WKUP pin：外部唤醒引脚，也可与 RTC_Alarm 一起，通过或门 WKP_STDBY 触发待机唤醒。

3.3 RTC基本结构

整体逻辑总结：
RTC 工作流程：选择时钟源 → 预分频得到 1Hz 秒脉冲 → CNT 秒计数 → ALR 闹钟匹配 → 事件触发中断 / 唤醒。这套架构让 STM32 既能实现精准的长期计时，又能通过闹钟功能实现 “定时任务、低功耗唤醒”，是物联网、工业控制等场景中 “时间同步、定时触发” 的核心。

3.4 硬件电路

3.5 RTC 操作注意事项

要详细分析 STM32 RTC 操作及关联的标准库函数，需结合 STM32 标准外设库（StdPeriph） 的 API 与 RTC 硬件特性展开，以下分“使能访问、同步等待、配置模式、写操作原子性”四部分拆解：

一、使能 BKP 和 RTC 访问（时钟与权限解锁）

• 硬件逻辑
  RTC 属于备份域（BKP），需先使能 PWR 时钟（电源管理）和 BKP 时钟，再解锁备份域访问权限。

标准库函数

// 1. 使能 PWR 和 BKP 时钟
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);// 2. 使能对 BKP 和 RTC 的访问（设置 PWR_CR 的 DBP 位）
PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);

• RCC_APB1PeriphClockCmd：属于 RCC（复位与时钟控制） 模块的函数，用于控制 APB1 总线上外设的时钟使能/禁用。这里同时使能 PWR（电源管理）和 BKP（备份域）的时钟。
• PWR_BackupAccessCmd：属于 PWR（电源） 模块的函数，用于控制“备份域访问权限”。置位后，才能对 BKP 和 RTC 的寄存器进行读写。

二、读取 RTC 寄存器前的同步等待（RSF 标志）

• 硬件逻辑
  RTC 内部时钟（RTCCLK）与 APB1 总线时钟不同步，若 APB1 接口曾被禁止，读取 RTC 寄存器前需等待 RTC_CRL 的 RSF 位（寄存器同步标志）置 1，确保数据有效。

标准库函数

// 等待 RTC_CRL 的 RSF 位被硬件置 1（同步完成）
RTC_WaitForSynchro();								//等待同步

三、进入 RTC 配置模式（CNF 位控制）

• 硬件逻辑
  要修改 RTC_PRL（预分频）、RTC_CNT（计数器）、RTC_ALR（闹钟）等核心寄存器，必须先将 RTC_CRL 的 CNF 位置 1，使 RTC 进入配置模式。

标准库函数

// 进入 RTC 配置模式（设置 RTC_CRL 的 CNF 位）
RTC_EnterConfigMode();

• RTC_EnterConfigMode：属于 RTC 模块的函数，内部操作是置位 RTC_CRL 的 CNF 位，使 RTC 进入配置模式，允许对核心寄存器写入。
• 这一步通常不需要自己调用，在标准库函数中
  RTC_SetPrescaler RTC_SetCounter RTC_SetAlarm RTC_SetTime()这几个函数内部通过 RTC_EnterConfigMode() 和 RTC_ExitConfigMode()，间接完成了 “设置 CNF 位进入配置模式 → 写寄存器 → 清除 CNF 位退出配置模式” 的流程

四、RTC 写操作的原子性等待（RTOFF 标志）

• 硬件逻辑
  RTC 写操作是“原子操作”（需完整执行），两次写操作之间必须等待前一次完成。通过查询 RTC_CRL 的 RTOFF 位（寄存器操作完成标志），仅当 RTOFF=1 时，才能发起新的写操作。

标准库函数

// 等待 RTOFF 位为 1（前一次写操作完成）
RTC_WaitForLastTask();								//等待上一次操作完成

四、其他

BKP和RTC的关系

• 供电方面：BKP和RTC都位于后备区域，当主电源VDD被切断后，它们都由VBAT（备用电池电源）维持供电，确保在主电源掉电时能继续工作或保存数据。
• 功能协作方面
  数据存储：RTC在运行过程中需要存储一些数据，如校准值、时间计数等，这些数据可存储在BKP中。因为BKP具有在主电源断电、系统复位或电源复位时数据不丢失的特性，能为RTC数据提供稳定的存储环境。
  时钟输出：BKP可配置为输出RTC校准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲，为外部设备提供时间基准信号。
• 配置方面：对BKP和RTC的访问使能需要先设置RCC_APB1ENR寄存器使能PWR和BKP时钟，再设置PWR_CR寄存器的DBP位，才能对它们进行访问和操作。

时钟输出解释：外部设备（比如另一个单片机、计数器、示波器等）就可以通过这个引脚，获取 RTC 的时间基准。举例来说，用示波器接这个引脚，就能看到每秒一次的脉冲，直观确认 RTC 是否在正常计时；或者让另一个设备通过这个脉冲同步自己的动作，实现多设备的时间对齐。
简单说，就是 BKP 帮 RTC 把内部的时间信号 “传出去”，给外部设备当参考。

写BPK_DR1时，写完一个8位，指针会自增到下一位吗?
在 STM32 中，BKP_DR（备份数据寄存器） 是 8 位寄存器，每个寄存器（如 BKP_DR1、BKP_DR2……）独立存储 8 位数据，且没有自动递增的指针。
当你写入 BKP_DR1 时，数据仅存储在 DR1 中；若要写入下一个寄存器（如 DR2），必须显式指定地址（如通过寄存器地址直接访问 DR2），不会因为写了 DR1 就自动切换到 DR2。

那如果我4位先写到DR1，再写一个4位到DR1，会覆盖吗?
会覆盖。
BKP_DR 寄存器是 8 位寄存器，每次写入操作都会覆盖整个寄存器的 8 位数据。即使你分两次写入 4 位数据（比如第一次写低 4 位，第二次写高 4 位），第二次写入时，新的 4 位数据会直接覆盖寄存器中原有的 8 位内容（包括之前的低 4 位），而不是 “拼接” 或 “补充”。

区分RCC与RTC
RCC 是复位与时钟控制，为 STM32 各模块提供时钟并管理复位 。它有 HSI、HSE、LSI、LSE 等多种时钟源可选，能灵活配置各外设时钟，关乎系统性能与功耗。
RTC 即实时时钟，用于提供精确时间日期 。靠 LSE 等时钟源驱动，掉电后靠 VBAT 维持计时，常用于定时任务、时间戳记录。
打个比方：如果把芯片比作一个工厂，RCC 就是 “电力和时间调度中心”—— 决定用哪个 “发电机”（时钟源）供电，怎么分配电力（时钟）给各个车间（外设），以及在机器出问题时如何重启（复位）。而 RTC 更像工厂里的 “精密闹钟”，专门负责时间计数，它的时钟通常是由 RCC 从低速时钟源（比如 LSE 晶振）分配过来的。

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