一、实验目标
阅读资料了解 STM32F103的RTC（实时时钟）原理，使用带SPI或IIC接口的OLED屏显模块实现以下功能：
- 读取STM32F103C8T6 内部的时钟(年月日时分秒)，日历(星期x），1秒周期，通过串口输出到PC上位机，；
- 读取AHT20的温度和湿度，通过OLED，把年月份时分秒、日历和实时温度、湿度显示出来，2秒周期。
二、RTC介绍与应用
2.1 RTC概念
RTC（Real Time Clock）实时时钟是一种独立的定时器，它为系统提供了基本的时钟和日历功能。RTC位于系统的后备区域，这意味着在系统复位时，其数据不会清零。此外，即使在电源VDD（2.0-3.6V）断开的情况下，RTC仍可以通过备份电源VBAT（1.8~3.6V）供电，继续运行。
RTC的核心是一个32位的可编程计数器，它可以对应到Unix时间戳的秒计数器。此外，还有一个20位的可编程预分频器，可以适配不同频率的输入时钟。
关于RTC的时钟源选择，它可以选择三种不同的源：HSE时钟除以128（通常为8MHz/128），LSE振荡器时钟（通常为32.768KHz），以及LSI振荡器时钟（40KHz）。
2.2 RTC结构
RTC（Real Time Clock）实时时钟是一种高精度、低功耗的定时器，它可以在各种环境下提供精确的时间和日期信息。即使在系统处于低功耗模式时，RTC也可以继续运行，确保时间的连续性。此外，它还支持时钟校准功能，可以校正时钟的偏差，保证时间的准确性。
除了基本的时间提供功能，RTC还具有报警功能，用户可以设置报警功能，当达到指定时间时触发中断，这在实际应用中非常有用。例如，可以在系统到达预定维护时间时触发警报，提醒用户进行维护操作。
另外，RTC还支持外部电池备份，用户可以使用外部电池进行时间备份，即使在断电的情况下也能保持时间的准确。这一特性使得RTC在某些应用场景下特别适用，例如在应急照明系统、安全监控系统等需要持续、准确计时的情况下。
此外，RTC还具有自动唤醒功能，用户可以根据需要设置自动唤醒条件，当满足预设条件时自动唤醒系统。这一功能在许多嵌入式系统和物联网设备中非常有用，可以大大降低系统的功耗。
总的来说，RTC以其高精度、低功耗、可校准、可报警、可外部备份和可自动唤醒的特性，成为许多系统和设备的理想选择。
三、基于HAL库利用RTC读取日期时间并输出到串口
接下来利用HAL库读取RTC实时时钟并输出到串口
3.1 配置CubeMX
新建工程
首先进行RCC配置，打开RCC的高速与低速时钟
随后在“Timers”中找到RTC，并进行配置
下方栏中可设置日期星期和时间，这里我设置的是2023年11月22日
随后打开USART1，设置串口通信，设置为异步通信，同时开启中断
打开时钟树，选择LSI低速内部时钟模式
生成工程
打开工程
3.2 代码撰写
生成的工程中只需要修改主函数代码就可以了。
首先我们需要重定向printf函数，使其能够打印文字和数据到串口。同时定义年月日结构体以及时分秒结构体。我们在主函数头文件下进行如下修改
#include "main.h"
#include "rtc.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#include "stdio.h"
int fputc(int ch,FILE *f){
uint8_t temp[1]={ch};
HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,2);
return ch;
}
RTC_DateTypeDef GetData; //获取日期结构体
RTC_TimeTypeDef GetTime; //获取时间结构体
最后主函数为
/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* @file : main.c
* @brief : Main program body
******************************************************************************
* @attention
*
* <h2><center>© Copyright (c) 2023 STMicroelectronics.
* All rights reserved.</center></h2>
*
* This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,
* the "License"; You may not use this file except in compliance with the
* License. You may obtain a copy of the License at:
* opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "rtc.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"
#include "stdio.h"
int fputc(int ch,FILE *f){
uint8_t temp[1]={ch};
HAL_UART_Transmit(&huart1,temp,1,2);
return ch;
}
RTC_DateTypeDef GetData; //获取日期结构体
RTC_TimeTypeDef GetTime; //获取时间结构体
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/* USER CODE END 0 */
/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_RTC_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* Get the RTC current Time */
HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &GetTime, RTC_FORMAT_BIN);
/* Get the RTC current Date */
HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &GetData, RTC_FORMAT_BIN);
/* Display date Format : yy/mm/dd */
printf("%02d/%02d/%02d\r\n",2000 + GetData.Year, GetData.Month, GetData.Date);
/* Display time Format : hh:mm:ss */
/* Display date Format : weekday */
if(GetData.WeekDay==1){
printf("星期一\r\n");
}else if(GetData.WeekDay==2){
printf("星期二\r\n");
}else if(GetData.WeekDay==3){
printf("星期三\r\n");
}else if(GetData.WeekDay==4){
printf("星期四\r\n");
}else if(GetData.WeekDay==5){
printf("星期五\r\n");
}else if(GetData.WeekDay==6){
printf("星期六\r\n");
}else if(GetData.WeekDay==7){
printf("星期日\r\n");
}
printf("%02d:%02d:%02d\r\n",GetTime.Hours, GetTime.Minutes, GetTime.Seconds);
printf("\r\n");
HAL_Delay(1000);
}
/* USER CODE END 3 */
}
/**
* @brief System Clock Configuration
* @retval None
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};
/** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSI|RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.LSIState = RCC_LSI_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the CPU, AHB and APB busses clocks
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_RTC;
PeriphClkInit.RTCClockSelection = RCC_RTCCLKSOURCE_LSI;
if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
/* USER CODE BEGIN 4 */
/* USER CODE END 4 */
/**
* @brief This function is executed in case of error occurrence.
* @retval None
*/
void Error_Handler(void)
{
/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
/* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
* @brief Reports the name of the source file and the source line number
* where the assert_param error has occurred.
* @param file: pointer to the source file name
* @param line: assert_param error line source number
* @retval None
*/
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
/* User can add his own implementation to report the file name and line number,
tex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
/* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/
结果
四、读取日期温湿度传感输出到显示屏
由于HAL库与OLED的配置之间存在很强的不兼容性，故本次实验我们采用标准库进行编程。
主函数代码如下：
#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Delay.h"
#include "LED.h"
#include "usart.h"
#include "dht11.h"
extern unsigned int rec_data[4];
int main(void)
{
OLED_Init();
OLED_ShowHZ(3,5,0); //温
OLED_ShowHZ(3,7,2); //度
OLED_ShowHZ(3,9,4); //:
OLED_ShowHZ(3,12,2); //度
OLED_ShowHZ(4,5,8); //湿
OLED_ShowHZ(4,7,10); //度
OLED_ShowHZ(4,9,4); //:
OLED_ShowChar(4,12,'%');//%
int year=2023;
int month=11;
int day=20;
int hour=23;
int min=59;
int s=55;
while (1)
{
OLED_ShowHZ(1,2,18);//日
OLED_ShowHZ(1,4,20);//期
OLED_ShowNum(1,7,year,4);//2023
OLED_ShowHZ(1,11,22);//年
OLED_ShowNum(1,13,month,2);//11
OLED_ShowHZ(1,15,24);//月
OLED_ShowNum(2,1,day,2);//20
OLED_ShowHZ(2,3,26);//日
OLED_ShowNum(2,5,hour,2);//15
OLED_ShowHZ(2,7,30);//时
OLED_ShowNum(2,9,min,2);//40
OLED_ShowHZ(2,11,32);//分
OLED_ShowNum(2,13,s,2);//s
OLED_ShowHZ(2,15,28);//秒
//OLED_ShowString(2,17,"Mon");
DHT11_REC_Data(); //接收dht11数据
OLED_ShowNum(3,10,rec_data[0]-5,2);
OLED_ShowNum(4,10,rec_data[0]-13,2);
s+=1;
if(s>=60)
{
s=0;
min++;
}
if(min>=60)
{
min=0;
hour++;
}
if(hour>=24)
{
hour=0;
day++;
}
if(day>=31)
{
month++;
day=1;
}
if(month>12)
{
year++;
month=1;
}
Delay_s(1);
}
}
AHT代码如下：
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "dht11.h"
#include "delay.h"
unsigned int rec_data[4];
void DH11_GPIO_Init_OUT(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //????
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
void DH11_GPIO_Init_IN(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
void DHT11_Start(void)
{
DH11_GPIO_Init_OUT();
dht11_high;
Delay_us(30);
dht11_low; //??????18us
Delay_ms(20);
dht11_high; //????20~40us
Delay_us(30);
DH11_GPIO_Init_IN(); //????
}
//??????
char DHT11_Rec_Byte(void)
{
unsigned char i = 0;
unsigned char data;
for(i=0;i<8;i++) //1?????1???byte,1???byte?8?bit
{
while( Read_Data == 0); //?1bit??,???????,???????
Delay_us(30); //??30us???????0???1,0??26~28us
data <<= 1; //??
if( Read_Data == 1 ) //????30us???????????1
{
data |= 1; //??+1
}
while( Read_Data == 1 ); //???????,???????
}
return data;
}
//????
void DHT11_REC_Data(void)
{
unsigned int R_H,R_L,T_H,T_L;
unsigned char RH,RL,TH,TL,CHECK;
DHT11_Start(); //??????
dht11_high; //????
if( Read_Data == 0 ) //??DHT11????
{
while( Read_Data == 0); //???????,???????
while( Read_Data == 1); //???????,???????
R_H = DHT11_Rec_Byte();
R_L = DHT11_Rec_Byte();
T_H = DHT11_Rec_Byte();
T_L = DHT11_Rec_Byte();
CHECK = DHT11_Rec_Byte(); //??5???
dht11_low; //????bit???????,DHT11???? 50us
Delay_us(55); //????55us
dht11_high; //??????????????????
if(R_H + R_L + T_H + T_L == CHECK) //??????,??????????????
{
RH = R_H;
RL = R_L;
TH = T_H;
TL = T_L;
}
}
rec_data[0] = RH;
rec_data[1] = RL;
rec_data[2] = TH;
rec_data[3] = TL;
}
结果
五.总结
在STM32的开发中，RTC（实时时钟）模块是一个非常重要的组件，它提供了实时时钟和日历功能。我们需要配置RTC模块。在STM32CubeMX中，我可以选择打开RTC功能，并配置相应的时钟源和预分频器。然后，我需要在代码中初始化RTC模块，设置RTC时钟和日历的时区，并启动RTC。
通过与STM32微控制器的连接和编程，我成功地实现了数据的显示和刷新。这个实验让我意识到OLED显示屏在嵌入式系统中的广泛应用，以及其显示效果和灵活性的优势。
此外，通过与AHT20温湿度传感器的结合，我成功地获取到了环境温度和湿度的数据，并通过OLED显示屏进行了实时显示。这个实验让我认识到传感器在嵌入式系统中的重要性，以及如何通过读取传感器数据并进行处理和显示。
参考；
https://blog.youkuaiyun.com/qq_45659777/article/details/121621521
https://blog.youkuaiyun.com/weixin_56102526/article/details/121657949
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