STM32初学-外部RTC时钟芯片DS3231

        RTC(Real_Time Clock)即实时时钟，它是电子产品中不可或缺的东西。其最直接的作用就是时钟功能。细心的朋友可以发现，当我们的电脑或者手机没联网时，仍然可以正常显示日期与时钟，这就是RTC的功劳。

        RTC的运行无需网络连接，只需一个频率固定的振荡源和一个计数器，就能实现精准的计时。假如有一个振荡源，其每秒固定振荡1000次，那我们就可以用计数器对振荡进行计数，每振荡1000次，代表时间过去了1s，然后复位计数器并开始新的计数，同时，秒寄存器加1。如此循环，就能实现时钟的走时。

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        在单片机的某些使用场景下，RTC时钟是不可或缺的，例如使用了文件系统，就必须启用RTC时钟，用于更新文件的时间。

        STM32内置了RTC时钟模块，只要配置好参数，就能启用RTC。RTC的时钟振荡源可以来自内部也可以来自外部。内部时钟源由HCLK经过分频得到，外部时钟源则由石英晶振提供。

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         内部时钟源是由高频晶振分频得到，所以其精度计时不高，为了准确计时，一般采用外部时钟源。外部时钟源一般选用32.768KHz的石英晶振。这种参数的石英晶振一秒钟能振荡32768次，正好对应2^16。

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        然而，即使采用了外部晶振的RTC，其精度仍然是有限的。因为晶振外置，线路上的寄生电容电感、温度都会影响晶振频率，短时间可能看不出误差，但是时间一长，其误差就大了。

        如果想进一步减小RTC的误差，则需要使用RTC时钟芯片。时钟芯片的优势在于其内部带有温度补偿功能，能通过检测环境温度来对晶振进行误差补偿，减小计时误差。且时钟芯片的年、月、日等时间数据单独存储在内部的RAM中，对单片机来说，只要通过串口读取特定寄存器地址的数据就能得到时间参数，而无需再去计算。现在流行的时钟芯片很多，如DS1302、 DS1307。但是这些芯片仍需要外置晶振才能工作，所以仍存在误差。

        所以一种在内部集成晶振的时钟芯片应运而生。DS3231就是这样一种时钟芯片。其精度最高可以达到±2ppm。实测6个月在常温下连续运行，误差不超过1分钟。

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     DS3231采用快速IIC通信进行数据传输，最高时钟频率400KHz。还带有闹钟，复位等功能。224a5ac113814714a5bbfbb80213de94.png

 DS3231有两种封装，引脚功能一样，16pin的封装只是多了八个空引脚。

如下是其应用电路。9fb591b6e7464754a250edaffc08b806.png

        可以看到该芯片有两个电源输入，一个是VCC，另一个是Vbat。VCC我们可以与单片机共用3.3V电源，Vbat则接到一颗纽扣电池的正极。当单片机供电断开后，DS3231仍能靠纽扣电池供电维持计时功能，但是无法进行IIC通信，也就是不能读取时间数据，恢复VCC供电后，IIC通信随之被唤醒。

        INT是个漏极开路的输出，如果想输出高电平则需要外接上拉电阻，该引脚可连接到单片机IO口作为单片机的外部中断源。

        32kHz是一个固定输出32KHz频率方波的IO口，也可做为单片机的计时源。同为开漏输出。

        RST是芯片的复位脚，如果没有特别需要，可以直接悬空。该芯片无需复位也能直接初始化。

软件部分                                                          

        这里我使用的是STM32F4，F1的芯片也是兼容的，只是需要把头文件改成F1的。IIC通信采用软件模拟。iic的软件模拟可参考文章（STM32单片机-IIC通信（软件模拟）），这里我就不详细讲IIC软件模拟的原理了。接下来我们看程序。

1，我使用的是PB8和PB9分别做为IIC的SCL与SDA。如果想使用其他IO，稍微修改下就行。

#include<stm32f4xx.h>/********************软件模拟IIC*********************/
/*****************PB8=SCL，PB9=SDA*****************/#define	DS3231_ADDRESS_Write	0xD0
#define	DS3231_ADDRESS_Read		0xD1/**************DS3231内部寄存器地址***************/#define DS3231_SEC        0x00  // 秒
#define DS3231_MIN        0x01  //分
#define DS3231_HOUR       0x02	//时
#define DS3231_WEEK       0x03	//周
#define DS3231_DATE       0x04	//日
#define DS3231_MONTH      0x05	//月
#define DS3231_YEAR       0x06	//年#define DS3231_AL1SEC     0x07
#define DS3231_AL1MIN     0x08
#define DS3231_AL1HOUR    0x09
#define DS3231_AL1WDAY    0x0A#define DS3231_AL2MIN     0x0B
#define DS3231_AL2HOUR    0x0C
#define DS3231_AL2WDAY    0x0D#define DS3231_CONTROL          0x0E
#define DS3231_STATUS           0x0F
#define DS3231_AGING_OFFSET     0x0F
#define DS3231_TMP_High         0x11
#define DS3231_TMP_LOW          0x12/******DS3231内部寄存器地址******/
/**************END**************/#define Read_IIC_SDA GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_9)		//定义Read_IIC_SDA为PB11的输入值#define IIC_SCL_H() GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8)					//定义IIC_SCL_H()函数为将RES（PB10）置高电平	
#define IIC_SCL_L() GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_8)				//定义IIC_SCL_L()函数为将RES（PB10）置低电平	#define IIC_SDA_H() GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9)					//定义IIC_SDA_H()函数为将RES（PB11）置高电平	
#define IIC_SDA_L() GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_9)				//定义IIC_SDA_L()函数为将RES（PB11）置低电平	//最后读取到的时间数据将赋值到下面这几个变量
u8 RTC_Sec,RTC_Min,RTC_Hour,RTC_Week,RTC_Date,RTC_Month;   
u16 RTC_Year;void IIC2_SoftInit(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9; 			//10--SCL   11--SDA；PB10 PB11GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_OUT;GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;			//OD开漏GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;			//上拉GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}/******* 设置SDA为输出*******/void SDA_OUT(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_OUT;	//推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;			//OD开漏GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;			//上拉GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}/******* 设置SDA为输入*******/void SDA_IN(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Pin= GPIO_Pin_9;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN;		//上拉输入GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;			//OD开漏GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;			//上拉GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}void IIC_Start(void)			//起始信号
{SDA_OUT();			//把SDA作为输出，初始化为推挽输出IIC_SDA_H();		//SDA输出高电平IIC_SCL_H();		//SCL输出高电平Delay_us(2);IIC_SDA_L();		//SDA输出低点评Delay_us(2);IIC_SCL_L();		//SCL输出低电平Delay_us(2);
}void IIC_Stop(void)		//停止信号
{IIC_SCL_H();		//SCL输出高电平IIC_SDA_L();		//SDA输出低点评Delay_us(2);IIC_SDA_H();		//SDA输出高电平Delay_us(2);
}u8 IIC_Wait_Ask(void)		//等待应答信号
{u8 count;IIC_SDA_H();Delay_us(2);SDA_IN();Delay_us(2);IIC_SCL_H();Delay_us(2);while(Read_IIC_SDA){count++;if(count>250){IIC_Stop();				//如果长时间无应答，则认为从站故障，终止数据传输，并返回1return 1;}   }IIC_SCL_L();Delay_us(1);return 0;
}void IIC_Ack(void)		//应答信号
{IIC_SCL_L();SDA_OUT();IIC_SDA_L();Delay_us(2);IIC_SCL_H();Delay_us(2);IIC_SCL_L();
}void IIC_NAck(void)		//主机不产生应答信号NACK
{IIC_SCL_L();SDA_OUT();IIC_SDA_H();Delay_us(2);IIC_SCL_H();Delay_us(2);IIC_SCL_L();
}void IIC_WriteByte(u8 data)			//写1Byte数据，每个数据都是以写1Byte作为基本单位
{u8 i;SDA_OUT();						//SDA切换到数据输出模式Delay_us(2);for(i=0;i<8;i++)				//循环传输1Byte数据，即8bit{IIC_SCL_L();				//SCL置低电平，为下个Bit数据做准备Delay_us(2);if(data & 0x80)     		//MSB,如果date的第八位为1IIC_SDA_H();			//则SDA置高elseIIC_SDA_L();			//否则置低Delay_us(1);IIC_SCL_H();				//SCL拉高，产生一个时钟信号，从机读取SDA状态Delay_us(2);				//延时，丛机在这段时间读取SDA状态IIC_SCL_L();				//延时后拉低SCL，为下个Bit数据做准备data<<=1;					//date左移1位，下一bit变成第八位}
}//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   u8 IIC_Read_Byte(const unsigned char ack)
{u8 i,receive=0;SDA_IN();			//SDA设置为输入Delay_us(2);for(i=0;i<8;i++ ){IIC_SCL_L(); Delay_us(2);IIC_SCL_H();receive<<=1;Delay_us(2);if(Read_IIC_SDA)receive++;   Delay_us(2); }					 if (!ack)IIC_NAck();		//发送nACKelseIIC_Ack();		 //发送ACK   return receive;
}void IIC_DS3231_ByteWrite(u8 WriteAddr,u8 date)
{IIC_Start();		//起始信号IIC_WriteByte(DS3231_ADDRESS_Write);		//DS3231设备地址，写IIC_Wait_Ask();				//等待应答IIC_WriteByte(WriteAddr);	//寄存器地址IIC_Wait_Ask();				//等待应答IIC_WriteByte(date);		//写入数据IIC_Wait_Ask();				//等待应答IIC_Stop();					//结束信号
}u8 IIC_DS3231_ByteRead(u8 ReadAddr)
{u8 data = 0;IIC_Start();										//产生起始位IIC_WriteByte(DS3231_ADDRESS_Write); 				//发送从机地址（写模式D0）IIC_Wait_Ask();				//等待应答IIC_WriteByte(ReadAddr);							//发送寄存器地址IIC_Wait_Ask();				//等待应答IIC_Start();										//重复起始信号IIC_WriteByte(DS3231_ADDRESS_Read);		//发送从机地址（读模式）IIC_Wait_Ask();							//等待应答data = IIC_Read_Byte(0);				//读取数据，参数设为0 --- NACKIIC_Stop();return data;
}void IIC_DS3231_ReadAll(void)		//读取所有时间数据并转换
{u8 Data_Sec,Data_Min,Data_Hour,Data_Week,Data_Date,Data_Month,Data_Year;u8 Low,High;Data_Sec= IIC_DS3231_ByteRead(DS3231_SEC);			//读取数据秒Data_Min = IIC_DS3231_ByteRead(DS3231_MIN);			//读取数据分Data_Hour = IIC_DS3231_ByteRead(DS3231_HOUR);		//读取数据时Data_Week = IIC_DS3231_ByteRead(DS3231_WEEK);		//读取数据周Data_Date = IIC_DS3231_ByteRead(DS3231_DATE);			//读取数据日Data_Month = IIC_DS3231_ByteRead(DS3231_MONTH);		//读取数据月Data_Year = IIC_DS3231_ByteRead(DS3231_YEAR);		//读取数据年Low=Data_Sec&0x0f;						//取低四位High=(( Data_Sec& 0xf0) >> 4);			//取高四位RTC_Sec=High*10+Low;					//转换秒（高四位*10+低四位）Low=Data_Min&0x0f;High=(( Data_Min& 0xf0) >> 4);RTC_Min=High*10+Low;					//转换分Low=Data_Hour&0x0f;High=(( Data_Hour& 0x30) >> 4);RTC_Hour=High*10+Low;					//转换时（高两位*10+低四位）RTC_Week=Data_Week;						//转换周（不需要转换）Low=Data_Date&0x0f;High=(( Data_Date& 0xf0) >> 4);RTC_Date=High*10+Low;					//转换日Low=Data_Month&0x0f;High=(( Data_Month& 0x10) >> 4);RTC_Month=High*10+Low;					//转换月Low=Data_Year&0x0f;High=(( Data_Year& 0xf0) >> 4);RTC_Year=((Data_Month>>7)+20)*100+High*10+Low;	//转换年(世纪*100+高四位*10+低四位)		
}void IIC_DS3231_WriteAll(u16 Year,u8 Month,u8 Date,u8 Week,u8 Hour,u8 Min,u8 Sec)
{	u8 Sec_Date,Min_Date,Hour_Date,Week_Date,Date_Date,Month_Date,Year_Date;u8 H_Bit,L_Bit;H_Bit=(Sec/10)<<4;			//取高四位L_Bit=Sec%10;				//取低四位Sec_Date=H_Bit|L_Bit;		//合并成八位H_Bit=(Min/10)<<4;L_Bit=Min%10;Min_Date=H_Bit|L_Bit;H_Bit=Hour/10;L_Bit=Hour%10;Hour_Date=(H_Bit<<4)|L_Bit;Week_Date=Week;H_Bit=Date/10;L_Bit=Date%10;Date_Date=(H_Bit<<4)|L_Bit;if(Year/100==20){	H_Bit=Month/10;L_Bit=Month%10;Month_Date=(H_Bit<<4)|L_Bit;H_Bit=(Year-2000)/10;L_Bit=(Year-2000)%10;Year_Date=(H_Bit<<4)|L_Bit;}else{H_Bit=Month/10+8;		//05h第8位如果是1，则为22世纪L_Bit=Month%10;Month_Date=(H_Bit<<4)|L_Bit;H_Bit=(Year-2100)/10;L_Bit=(Year-2100)%10;Year_Date=(H_Bit<<4)|L_Bit;}IIC_DS3231_ByteWrite(DS3231_YEAR,Year_Date);	IIC_DS3231_ByteWrite(DS3231_MONTH,Month_Date);IIC_DS3231_ByteWrite(DS3231_DATE,Date_Date);IIC_DS3231_ByteWrite(DS3231_WEEK,Week_Date);IIC_DS3231_ByteWrite(DS3231_HOUR,Hour_Date);IIC_DS3231_ByteWrite(DS3231_MIN,Min_Date);IIC_DS3231_ByteWrite(DS3231_SEC,Sec_Date);}void DS3231_Init(void)		//DS3231初始化
{IIC_DS3231_ByteWrite(0x0E,0x40);		//使能1Hz方波，使能振荡器	IIC_DS3231_ByteWrite(0x0F,0x00);		//启动振荡器Delay_ms(100);    //延时等待完全起振
}

 延时函数，IIC软件模拟需要用到延时函数，这里我采用的是滴答定时器进行延时，需要注意，F1 与F4的延时函数不能共用，因为主频不一样。

/***************************************************************** Function:    Delay_us* Description: Microsecond delay.* Input:       nus* Output:* Return:
*****************************************************************/
void Delay_us(u16 nus)
{ //Delay_Init();u32 temp;SysTick->LOAD = SystemCoreClock / 8000000 * nus;  /* Time load (SysTick-> LOAD is 24bit) */SysTick->VAL = 0x000000;                          /* Empty counter */SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;         /* Start the countdown */do{temp = SysTick->CTRL;}while(temp&0x01 && !(temp&(1<<16)));        /* Wait time is reached */SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;  /* Close Counter */SysTick->VAL = 0x000000;                    /* Empty counter */
}/***************************************************************** Function:    Delay_ms* Description: Millisecond delay.* Input:       nms* Output:* Return:
*****************************************************************/
void Delay_ms(u16 nms)
{u32 temp;while(nms > 500)	//24位定时器最大计数值2^24=16777216,计时器时钟频率初始化为21MHz，最大计时时间为16777216/21000000=0.798s=798ms，所以需要多次复位{SysTick->LOAD = SystemCoreClock / 8000 * 500; /* Time load (SysTick-> LOAD is 24bit) */SysTick->VAL = 0x000000;                      /* Empty counter */SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;     /* Start the countdown */do{temp = SysTick->CTRL;}while(temp&0x01 && !(temp&(1<<16)));        /* Wait time is reached */SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;  /* Close Counter */SysTick->VAL = 0x000000;                    /* Empty counter */nms -= 500;}SysTick->LOAD = SystemCoreClock / 8000 * nms; /* Time load (SysTick-> LOAD is 24bit) */SysTick->VAL = 0x000000;                      /* Empty counter */SysTick->CTRL |= SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;     /* Start the countdown */do{temp = SysTick->CTRL;}while(temp&0x01 && !(temp&(1<<16)));        /* Wait time is reached */SysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;  /* Close Counter */SysTick->VAL = 0x000000;                    /* Empty counter */
}

嘀嗒定时器初始化：在启用延时函数前必须对定时器进行初始化，配置对应的参数。这里我用主频HCLK的八分频做为其定时频率，即21MHz。也就是一秒钟对应定时器的21000000。

void Delay_Init(void)			//嘀嗒计时器初始化，用于Delay函数
{SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);		//计数器频率：168M/8=21MHZSysTick->CTRL &= ~SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;  				/* Disability SysTick counter */
}

main函数：初始化延时函数，初始化DS3231 ，讲时间写入DS3231，讲时间读取出来

#include<stm32f4xx.h>    //F4头文件void main(void)
{Delay_Init();                //嘀嗒定时器初始化，必须初始化，延时依靠嘀嗒计时器DS3231_Init();		//DS3231初始化，唤醒DS3231，并启动振荡器IIC_DS3231_WriteAll(2023,10,1,1,12,00,00);   //设置时间函数,实例为2023年10月1日12：00：00IIC_DS3231_ReadAll();        //读取DS3231所有时间数据
}

最终读取转换后的时钟数据分别为这些变量：u8 RTC_Sec,RTC_Min,RTC_Hour,RTC_Week,RTC_Date,RTC_Month;   
u16 RTC_Year;

可以通过串口打印，或者其他方式显示出当前时间。

这里我将时间显示到LCD屏幕上。

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【STM32】文件系统FATFS与Flash的初步使用

【STM32】文件系统FATFS与Flash的初步使用

文件系统简介 简介可以不看&#xff0c;直接看移植步骤 文件系统是介于应用层和底层间的模糊层。底层提供API&#xff0c;比如说使用SDIO或者SPI等读写一个字节。文件系统把这些API组合包装起来&#xff0c;并且提供一些列函数&#xff0c;我们可以使用这些函数进行更进一步的…
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分享一个python基于数据可视化的智慧社区服务平台源码

分享一个python基于数据可视化的智慧社区服务平台源码

&#x1f495;&#x1f495;作者&#xff1a;计算机源码社 &#x1f495;&#x1f495;个人简介&#xff1a;本人七年开发经验&#xff0c;擅长Java、Python、PHP、.NET、Node.js、微信小程序、爬虫、大数据等&#xff0c;大家有这一块的问题可以一起交流&#xff01; &#x1…
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MySQL数据类型

MySQL数据类型

目录 MySQL数据类型 数据类型分类 数值类型 tinyint类型 bit类型 float类型 decimal类型 字符串类型 char类型 varchar类型 char和varchar比较 时间日期类型 enum和set类型 MySQL数据类型 数据类型的作用&#xff1a; 决定了存储数据时应该开辟的空间大小。决定…
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CocosCreator3.8研究笔记（十二）CocosCreator 字体资源理解

CocosCreator3.8研究笔记（十二）CocosCreator 字体资源理解

Cocos Creator 常用的字体资源有三种&#xff1a;系统字体、动态字体、位图字体。 一、系统字体 系统字体是调用运行平台自带的系统字体来渲染文字&#xff0c;不需要用户在项目中添加任何相关资源。 使用系统字体&#xff0c; Label 组件 Use System Font 属性需要勾选。 Fo…
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手写签名到背景上合为1张图

手写签名到背景上合为1张图

手写签名到背景上合为1张图 package.json中 "signature_pad": "3.0.0-beta.3"<template><div class"home"><canvas id"canvas" width"500" height"300"></canvas><button click"…
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【计算机基础知识4】网络通信协议：TCP、UDP、WebSockets

【计算机基础知识4】网络通信协议：TCP、UDP、WebSockets

目录 一、TCP&#xff08;传输控制协议&#xff09; 1. TCP的特点 2. TCP的连接建立和终止 3. TCP的可靠性机制 4. TCP的流量控制 二、UDP&#xff08;用户数据报协议&#xff09; 1. UDP的特点 2. UDP的使用场景 三、WebSockets 1. WebSockets协议的特点 2. WebSock…
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长安链BaaS服务平台调研

长安链BaaS服务平台调研

目录 一、菜单功能二、其他说明2.1、服务平台的部署方式2.2、链本身2.3、建链流程2.4、支持连接已部署的链2.5、链治理投票2.6、支持动态节点操作2.7、支持应用 长安链ChainMaker管理平台文档地址&#xff1a;https://docs.chainmaker.org.cn 一、菜单功能 菜单子菜单/功能点…
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