14-CubeMx+Keil+Proteus模擬STM32 - RTC

本文例子參考《STM32單片機開發實例——基於Proteus虛擬模擬與HAL/LL庫》
源代碼：https://github.com/LanLinnet/STM33F103R6

項目要求

單片機每隔1s以“YYYY-MM-DD HH:MM:SS”的格式自動向串口輸出日期和時間信息（“ASCII格式”），起始時間設為“2022-05-20 05:20:00”，自動走時。按下按鈕BTN，時間自動恢復為起始時間。串口通信參數：波特率為19200bit/s，無校驗。

硬體設計

1. 在第一節的基礎上，在Proteus中添加電路如下圖所示。
   
   調試過程也可以添加一個虛擬儀器VIRTUAL TERMINAL，配置如下，用來查看單片機收到的串口數據，具體參考第11節。
   

2. RTC簡介：
   1）RTC是Real Time Clock（實時時鐘）的首字母縮寫形式，是一種常用的電子功能模塊，有獨立的RTC晶元，也有集成於單片機內的獨立功能模塊，常用於製作電子鐘、電子錶、電子萬年曆等計時工具。
   2）STM32單片機的RTC可以看作特殊的定時器，它可以根據輸入的時鐘源自動計時，此外還提供了1個“鬧鐘”中斷源和1個“秒”中斷源。

3. 打開CubeMX，建立工程。
   首先，設置PA5為GPIO_EXTI5，點擊“Categories”中的“GPIO”，將"GPIO mode"設置為External Interrupt Mode With Falling edge trigger detection，也就是下降沿觸發。
   
   隨後，點擊“Timers”列表中的“RTC”進行實時時鐘配置。選中“Active Clock Source”和“Active Calendar”覆選框，激活時鐘源和日曆。在“Parameter Settings”中設置時間和日期如下圖所示。其中，“Data Format”設置數據格式有2個選項：“Binary Data Format”（字面意思是二進位數據格式，實際是十進位數據格式）和“BCD Data Format”（BCD碼數據格式），實際設定時間時任意選其中一個即可。
   
   然後，點擊“Connectivity”列表中的“USART”進行串口配置。將Mode設置為Asynchronous（非同步），波特率設為19200Bits/s，字長設為8Bits，校驗設為None，停止位設為1，數據傳送設為Receive and Transmit（接收與發送）。設置完成後，會看到右側的PA9和PA10引腳被自動設置為USART1_TX和USART1_RX，即USART1的發送端和接收端。
   
   再點擊“NVIC Settings”，選中USART global interrupt和EXTI line[9:5] interrupts，使能Enabled串口1的中斷功能和GPIO的外部中斷。
   
   最後，實踐中為了追求時間的精度，我們會採用外部低速晶振LSE作為RTC的時鐘源，由於本次採用Proteus進行模擬，我們選擇預設的LSI作為RTC的時鐘源。
   

4. 點擊“Generator Code”生成Keil工程。

軟體編寫

1. 本次我們需要實現實時時鐘自動走時，並通過串口發送輸出，需要用到RTC相關函數其API文檔如下：
   HAL_RTC_GetTime RTC時間獲取函數
   

   HAL_RTC_GetDate RTC日期獲取函數
   

   HAL_RTC_SetTime RTC時間設定函數
   

   HAL_RTC_SetDate RTC日期設定函數
   

   其中，介紹兩個結構體：
   時間結構體sTime有以下3個元素

   • Hours（時），數據類型為uint8_t。
   • Minutes（分），數據類型為uint8_t。
   • Seconds（秒），數據類型為uint8_t。

   日期結構體sDate有以下4個元素

   • Year（年），數據類型為uint8_t，取值範圍為0-99（BIN格式）或0-0x99（BCD格式）。
   • Month（月），數據類型為uint8_t，取值範圍為1-12（BIN格式）或1-0x12（BCD格式）。
   • Date（日），數據類型為uint8_t，取值範圍為1-31（BIN格式）或1-0x31（BCD格式）。
   • WeekDay（星期），數據類型為uint8_t，取值範圍為1-7。

   另外，Format有以下2個巨集定義選項

   • RTC_FORMAT_BIN：字面意思是二進位數據格式，實際是十進位數據格式
   • RTC_FORMAT_BCD：BCD碼數據格式

2. 點擊“Open Project”在Keil中打開工程，雙擊“main.c”文件。

3. 首先我們需要在main.c文件中的最前面引入標準輸入輸出頭文件

   /* USER CODE BEGIN Includes */
   #include "stdio.h"
   /* USER CODE END Includes */
   

   在main函數中定義日期結構體和時間結構體

   /* USER CODE BEGIN 1 */
   //定義日期結構體和時間結構體
   RTC_DateTypeDef sDateStructure;
   RTC_TimeTypeDef sTimeStructure;
   char sYear[5];
   char sMonth[3];
   char sDate[3];
   char sHour[3];
   char sMin[3];
   char sSec[3];
   /* USER CODE END 1 */
   

   隨後，在/* USER CODE BEGIN 4 */和/* USER CODE END 4 */中插入外部中斷回調函數，代碼如下

   /* USER CODE BEGIN 4 */
   //外部中斷回調函數
   void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
   {
     //定義日期結構體和時間結構體
     RTC_DateTypeDef sDateStructure;
     RTC_TimeTypeDef sTimeStructure;
     if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_5)  //檢測到EXTI5線產生外部中斷事件
     {
       //設置日期
       sDateStructure.Year = 22;
       sDateStructure.Month = 5;
       sDateStructure.Date = 20;
       sDateStructure.WeekDay = 5;
       //十進位格式
       HAL_RTC_SetDate(&hrtc, &sDateStructure, RTC_FORMAT_BIN);
       		
       //設置時間
       sTimeStructure.Hours = 0x05;
       sTimeStructure.Minutes = 0x20;
       sTimeStructure.Seconds = 0;
       //BCD碼格格式
       HAL_RTC_SetTime(&hrtc, &sTimeStructure, RTC_FORMAT_BCD);
       		
       while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_5) == GPIO_PIN_RESET);  //直到按鍵鬆開
     }
   }
   /* USER CODE END 4 */
   

   最後，在while(1)中插入代碼如下，進行RTC和串口發送相關操作

   /* USER CODE BEGIN WHILE */
   while (1)
   {
     //十進位格式
     HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &sTimeStructure, RTC_FORMAT_BIN);  //RTC時間獲取函數
     //BCD碼格式
     HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &sDateStructure, RTC_FORMAT_BCD);  //RTC日期獲取函數
     //格式轉換為字元串
     sprintf(sYear, "%04x", 0x2000+sDateStructure.Year);
     sprintf(sMonth, "%02x", sDateStructure.Month);
     sprintf(sDate, "%02x", sDateStructure.Date);
     sprintf(sHour, "%02d", sTimeStructure.Hours);
     sprintf(sMin, "%02d", sTimeStructure.Minutes);
     sprintf(sSec, "%02d", sTimeStructure.Seconds);
     //列印日期
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)sYear, 4, 4);
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&"-", 1, 1);
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)sMonth, 2, 2);
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&"-", 1, 1);
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)sDate, 2, 2);
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&" ", 1, 2);
     //列印時間
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)sHour, 2, 2);
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&":", 1, 1);
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)sMin, 2, 2);
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&":", 1, 1);
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)sSec, 2, 2);
     HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&"\n\r", 2, 2);
     //延時
     HAL_Delay(1000);
   /* USER CODE END WHILE */
   
   /* USER CODE BEGIN 3 */
   }
   /* USER CODE END 3 */
   

聯合調試

1. 點擊運行，生成HEX文件。
2. 在Proteus中載入相應HEX文件，點擊運行。可以看到“Virtual Terminal”從“2022-05-20 05:20:00”開始自動走時，每秒輸出一個結果，按下BTN按鍵，又重新從“2022-05-20 05:20:00”開始自動走時。