???本次課程采用單片機型號為STM32F103C8T6。
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??往期筆記鏈接：
??STM32學(xué)習(xí)筆記（一）丨建立工程丨GPIO 通用輸入輸出
??STM32學(xué)習(xí)筆記（二）丨STM32程序調(diào)試丨OLED的使用
??STM32學(xué)習(xí)筆記（三）丨中斷系統(tǒng)丨EXTI外部中斷
??STM32學(xué)習(xí)筆記（四）丨TIM定時器及其應(yīng)用（定時中斷、內(nèi)外時鐘源選擇）
??STM32學(xué)習(xí)筆記（五）丨TIM定時器及其應(yīng)用（輸出比較丨PWM驅(qū)動呼吸燈、舵機、直流電機）
??STM32學(xué)習(xí)筆記（六）丨TIM定時器及其應(yīng)用（輸入捕獲丨測量PWM波形的頻率和占空比）
??STM32學(xué)習(xí)筆記（七）丨TIM定時器及其應(yīng)用（編碼器接口丨用定時器實現(xiàn)編碼器測速）
??STM32學(xué)習(xí)筆記（八）丨ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC單、雙通道轉(zhuǎn)換）
??STM32學(xué)習(xí)筆記（九）丨DMA直接存儲器存取（DMA數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)運、DMA+AD多通道轉(zhuǎn)換）
??STM32學(xué)習(xí)筆記（十）丨I2C通信（使用I2C實現(xiàn)MPU6050和STM32之間通信）
??STM32學(xué)習(xí)筆記（十一）丨SPI通信（W25Q64芯片簡介，使用SPI讀寫W25Q64存儲器芯片）

一、計算機底層計時系統(tǒng)——時間戳

1.1 時間戳簡介

??Unix 時間戳（Unix Timestamp）定義為從UTC/GMT的1970年1月1日0時0分0秒開始所經(jīng)過的秒數(shù)，不考慮閏秒。

• 時間戳存儲在一個秒計數(shù)器中，秒計數(shù)器為32位/64位的整型變量。

??2038年危機：由于之前的Unix系統(tǒng)采用一個32位的有符號數(shù)來計時，這個計時系統(tǒng)最大的計時時間會在2038年的1月19日溢出，這可能會讓一部分不健全的計算機程序崩潰。STM32的32位秒計數(shù)器是一個無符號的計數(shù)器，在2106年才會溢出。

• 世界上所有時區(qū)的秒計數(shù)器相同，不同時區(qū)通過添加偏移來得到當(dāng)?shù)貢r間。

??可以看到，用時間戳來計時的方法是很簡單粗暴的一種計時方法，但是計算機底層通過時間戳來計時，有以下幾點好處：

1. 硬件電路設(shè)計簡單：設(shè)計RTC時，只需要一個很大的秒計數(shù)器即可，不需要年月日、大月小月、平年閏年等寄存器來記錄。
2. 計算時間間隔時很方便。
3. 存儲方便，只需要一個變量。

??當(dāng)然，使用時間戳計數(shù)器來計時也有一定的缺陷，例如在將秒數(shù)轉(zhuǎn)化為我們熟知的時間格式的時候，需要進行復(fù)雜的計算，比較占用軟件資源。

1.2 GMT/UTC

• GMT（Greenwich Mean Time）格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時間是一種以地球自轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)的時間計量系統(tǒng)。它將地球自轉(zhuǎn)一周的時間間隔等分為24小時，以此確定計時標(biāo)準(zhǔn)。但是由于地球自轉(zhuǎn)一周的時間實際上是不固定的，它是越來越慢的，所以這種計時系統(tǒng)已經(jīng)不再適用于現(xiàn)代科學(xué)和社會的發(fā)展。

• UTC（Universal Time Coordinated）協(xié)調(diào)世界時是一種以原子鐘為基礎(chǔ)的時間計量系統(tǒng)。它規(guī)定銫133原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級間在零磁場下躍遷輻射9,192,631,770周所持續(xù)的時間為1秒。當(dāng)原子鐘計時一天的時間與地球自轉(zhuǎn)一周的時間相差超過0.9秒時，UTC會執(zhí)行閏秒來保證其計時與地球自轉(zhuǎn)的協(xié)調(diào)一致。Unix時間戳不考慮閏秒，所以每產(chǎn)生一個閏秒，國家授時中心的標(biāo)準(zhǔn)時間和時間戳的標(biāo)準(zhǔn)時間就會產(chǎn)生一秒的偏差。

1.3 C語言和time.h庫

???在一系列函數(shù)中，最復(fù)雜的函數(shù)是struct tm* localtime(const time*);和time_t mktime(struct tm*);，這兩個函數(shù)也是STM32的RTC編程中需要掌握的函數(shù)，所以需要重點掌握，其他的了解即可。
???struct tm* localtime(const time_t*)函數(shù)的參數(shù)是一個靜態(tài)的指針變量，如果不特殊指定為32位計時系統(tǒng)，就默認(rèn)為64位的計時系統(tǒng)，所以可以認(rèn)為time_t就是一個64位的int類型的變量。這個函數(shù)的返回值是一個結(jié)構(gòu)體指針，在這個結(jié)構(gòu)體中存放一些時間信息，可以供用戶方便的查看。time_t mktime(struct tm*)函數(shù)也是同理。

二、STM32的BKP和RTC時鐘

2.1 BKP（Backup Registers）備份寄存器

???BKP可用于存儲用戶應(yīng)用程序數(shù)據(jù)。當(dāng)VDD（2.0 ~ 3.6V）電源被切斷，他們?nèi)匀挥蒝BAT（1.8 ~ 3.6V）維持供電。當(dāng)系統(tǒng)在待機模式下被喚醒，或系統(tǒng)復(fù)位或電源復(fù)位時，他們也不會被復(fù)位

• TAMPER引腳產(chǎn)生的侵入事件將所有備份寄存器內(nèi)容清除
• RTC引腳輸出RTC校準(zhǔn)時鐘（外部設(shè)備測量這個輸出時鐘，可以對內(nèi)部RTC微小的誤差進行校準(zhǔn)）、RTC鬧鐘脈沖或者秒脈沖（可以輸出，為別的設(shè)備提供時鐘）
• RTC時鐘校準(zhǔn)寄存器，用于存儲校準(zhǔn)配置
• 用戶數(shù)據(jù)存儲容量：20字節(jié)（中容量和小容量）/ 84字節(jié)（大容量和互聯(lián)型）

???下圖展示了BKP的基本結(jié)構(gòu)，橙色部分為后備區(qū)域。BKP是后備區(qū)域中的一部分電路，后備區(qū)域中還有RTC的相關(guān)電路。STM32F103C8T6的VBAT，TAMPER，RTC三個功能復(fù)用在了同一個引腳上，所以這三個功能在同一時間只能使用一個。

2.2 RTC（Real Time Clock）實時時鐘

2.2.1 RTC簡介

• RTC是一個獨立的定時器，可為系統(tǒng)提供時鐘和日歷的功能
• RTC和時鐘配置系統(tǒng)處于后備區(qū)域，系統(tǒng)復(fù)位時數(shù)據(jù)不清零，VDD（2.0 ~ 3.6V）斷電后可借助VBAT（1.8 ~ 3.6V）供電繼續(xù)走時
• 32位的可編程計數(shù)器，可對應(yīng)Unix時間戳的秒計數(shù)器
• 20位的可編程預(yù)分頻器（分頻系數(shù)可以為1到$2^{20}$），可適配不同頻率的輸入時鐘
• 可選擇三種RTC時鐘源：
  • HSE（高速外部時鐘）時鐘除以128（通常為8MHz/128）
  • LSE（低速外部時鐘）振蕩器時鐘（通常為32.768KHz），只有這一路的時鐘可以由VBAT供電，所以如果要實現(xiàn)掉電自動走時的功能，必須使用這一路時鐘
  • LSI（低速內(nèi)部時鐘）振蕩器時鐘（40KHz）

時鐘信號選擇32.768kHz的原因：

1. 32.768kHz對于晶振或振蕩器的，在硬件設(shè)計或者工業(yè)生產(chǎn)時可能會有一些便利，使這一頻率的晶振或振蕩器穩(wěn)定性高，益于生產(chǎn)；
2. 32768恰好為2的15次方，如果要產(chǎn)生一個1Hz的信號供RTC計時，可以簡單地設(shè)計一個15位的計數(shù)器，讓其不斷計時，它的自然溢出頻率就是1Hz，不用額外設(shè)計計數(shù)器的目標(biāo)值存儲寄存器，也不用把計數(shù)值和目標(biāo)值不斷作比較，對于芯片內(nèi)部的電路設(shè)計非常友好。

2.2.2 RTC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

???上圖展示了RTC的內(nèi)部框圖和工作原理?；疑牟糠譃楹髠鋮^(qū)域，在主電源斷電時可以由VBAT供電繼續(xù)工作。RTC_DIV余數(shù)寄存器是一個自減計數(shù)器。自建到0后，在下一個上升沿到來時產(chǎn)生溢出信號，并江RTC_PRL中的值裝載進來繼續(xù)自減。
???RTC電路可以產(chǎn)生三個中斷信號：

• RTC_Second秒中斷：每秒產(chǎn)生一個中斷信號。
• RTC_Overflow溢出中斷：這個中斷會在2106年觸發(fā)一次。
• RTC_Alarm鬧鐘中斷：該中斷可以讓STM32從待機模式中喚醒，并且執(zhí)行一個中斷服務(wù)函數(shù)。這可以實現(xiàn)讓STM32在一些環(huán)境惡劣的地方工作，在節(jié)約電量的前提下自動執(zhí)行定時采集數(shù)據(jù)的功能。
  
  ???實際設(shè)計的硬件電路及推薦電路如下圖所示：
  

2.2.3 RTC操作及注意事項

• 依次執(zhí)行以下操作將使能對BKP和RTC的訪問：
  • 設(shè)置RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN，使能PWR和BKP時鐘（需要同時開啟PWR和BKP的時鐘，RTC才能正常使用，RTC并沒有單獨開啟時鐘的函數(shù)）
  • 設(shè)置PWR_CR的DBP，使能對BKP和RTC的訪問
• 若在讀取RTC寄存器時，RTC的APB1接口曾經(jīng)處于禁止?fàn)顟B(tài)，則軟件首先必須等待RTC_CRL寄存器中的RSF位（寄存器同步標(biāo)志）被硬件置1（RTC等待同步）：由于PCLK1的時鐘頻率36MHz遠大于RTCCLK，有可能在上電開啟時，RTC的寄存器還沒有更新到APB1總線上，這時將發(fā)生讀取錯誤（讀取到的值為0）。實際使用時調(diào)用一個RTC等待同步的庫函數(shù)即可。
• 必須設(shè)置RTC_CRL寄存器中的CNF位，使RTC進入配置模式后，才能寫入RTC_PRL、RTC_CNT、RTC_ALR寄存器（庫函數(shù)中已經(jīng)包含）
• 對RTC任何寄存器的寫操作，都必須在前一次寫操作結(jié)束后進行?？梢酝ㄟ^查詢RTC_CR寄存器中的RTOFF狀態(tài)位，判斷RTC寄存器是否處于更新中。僅當(dāng)RTOFF狀態(tài)位是1時，才可以寫入RTC寄存器（調(diào)用一個等待的庫 函數(shù)即可）

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