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第二十三章 RTC实验
本章介绍ESP32-S3实时时钟(RTC)的使用,实时时钟能为系统提供一个准确的时间,即时系统复位或主电源断电,RTC依然能够运行,因此RTC也经常用于各种低功耗场景。通过本章的学习,读者将学习到RTC的使用。
本章分为如下几个小节:
23.1 RTC时钟简介
23.2 硬件设计
23.3 程序设计
23.4 下载验证
23.1 RTC时钟简介
RTC(实时时钟)是指安装在电子设备或实现其功能的IC(集成电路)上的时钟。当您在数字电路中称其为“时钟”时,您可能会想到周期信号,但在英语中,clock也意味着“时钟”。
那为什么我们需要一个单独的RTC?
原因是CPU的定时器时钟功能只在“启动”即“通电时”运行,断电时停止。当然,如果时钟不能连续跟踪时间,则必须手动设置时间。
通常,RTC配备一个单独分离的电源,如纽扣电池(备用电池),即使开发板电源关闭,它也能保持运作,随时可以实时显示时间。然后,当开发板再次打开时,计算机内置的定时器时钟从RTC读取当前时间,并在此基础上供电的同时,时间在其自身机制下显示。顺便说一句,由于纽扣电池相对便宜且使用寿命长,因此RTC可以以极低的成本运行。基于此这个作用,它也可以用作内存。
1,ESP32-S3的RTC
在ESP32-S3中,并没有像STM32芯片一样,具有RTC外设,但是存在一个系统时间,利用系统时间,也可以实现实时时钟的功能效果。
ESP32-S3使用两种硬件时钟源建立和保持系统时间。根据应用目的及对系统时间的精度要求,既可以仅使用其中一种时钟源,也可以同时使用两种时钟源。这两种硬件时钟源为RTC定时器和高分辨率定时器。默认情况下,是使用这两种定时器。下面我们将逐一介绍。
23.2 硬件设计
23.2.1 例程功能
1. 通过LCD实时显示RTC时间
2. LED闪烁,指示程序正在运行
23.2.2 硬件资源
1. LED
LED0 - IO1
2. XL9555
IIC_SDA-IO41
IIC_SCL-IO42
3. SPILCD
CS-IO21
SCK-IO12
SDA-IO11
DC-IO40(在P5端口,使用跳线帽将IO_SET和LCD_DC相连)
PWR- IO1_3(XL9555)
RST- IO1_2(XL9555)
4. RTC
23.2.3 原理图
本章实验使用的RTC为ESP32-S3的片上资源,因此没有相应的连接原理图。
23.3 程序设计
23.3.1 程序流程图
程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程,对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图:
图23.3.1.1 RTC实验程序流程图
23.3.2 RTC函数解析
由于ESP32并未给出RTC相关的API函数,因而笔者在设计例程时调用了C库中的一些函数来配置RTC时钟,这些函数的描述及其作用如下:
1,获取当前时间
该函数用于获取当前时间,其函数原型如下所示:
- struct tm *localtime(const time_t *timer);
复制代码 该函数的形参描述,如下表所示:
表23.3.2.1 函数localtime ()形参描述
返回值:无。
2,设置当前时间
该函数用于设置当前时间,其函数原型如下所示:
- int settimeofday(const struct timeval *tv, const struct timezone *tz);
复制代码 该函数的形参描述,如下表所示:
表23.3.2.2 函数settimeofday ()形参描述
返回值:无。
23.3.3 RTC驱动解析
在IDF版的13_rtc例程中,作者在13_rtc \components\BSP路径下新增了一个RTC文件夹,分别用于存放esp_rtc.c、esp_rtc.h两个文件。其中,esp_rtc.h文件负责声明RTC,而esp_rtc.c文件则实现了RTC的驱动代码。下面,我们将详细解析这两个文件的实现内容。
1,esp_rtc.h文件
- /* 时间结构体, 包括年月日周时分秒等信息 */
- typedef struct
- {
- uint8_t hour; /* 时 */
- uint8_t min; /* 分 */
- uint8_t sec; /* 秒 */
- /* 公历年月日周 */
- uint16_t year; /* 年 */
- uint8_t month; /* 月 */
- uint8_t date; /* 日 */
- uint8_t week; /* 周 */
- } _calendar_obj;
- extern _calendar_obj calendar; /* 时间结构体 */
复制代码
2,esp_rtc.c文件
- calendar_obj calendar; /* 时间结构体 */
- /**
- * @brief RTC设置时间
- * @param year :年
- * @param mon :月
- * @param mday :日
- * @param hour :时
- * @param min :分
- * @param sec :秒
- * @retval 无
- */
- void rtc_set_time(int year,int mon,int mday,int hour,int min,int sec)
- {
- struct tm datetime;
- /* 设置时间 */
- datetime.tm_year = year - 1900;
- datetime.tm_mon = mon - 1;
- datetime.tm_mday = mday;
- datetime.tm_hour = hour;
- datetime.tm_min = min;
- datetime.tm_sec = sec;
- datetime.tm_isdst = -1;
- /* 获取1970.1.1以来的总秒数 */
- time_t second = mktime(&datetime);
- struct timeval val = { .tv_sec = second, .tv_usec = 0 };
- /* 设置当前时间 */
- settimeofday(&val, NULL);
- }
- /**
- * @brief 获取当前的时间
- * @param 无
- * @retval 无
- */
- void rtc_get_time(void)
- {
- struct tm *datetime;
- time_t second;
- /* 返回自(1970.1.1 00:00:00 UTC)经过的时间(秒) */
- time(&second);
- datetime = localtime(&second);
- calendar.hour = datetime->tm_hour; /* 时 */
- calendar.min = datetime->tm_min; /* 分 */
- calendar.sec = datetime->tm_sec; /* 秒 */
- /* 公历年月日周 */
- calendar.year = datetime->tm_year + 1900; /* 年 */
- calendar.month = datetime->tm_mon + 1; /* 月 */
- calendar.date = datetime->tm_mday; /* 日 */
- /* 周 */
- calendar.week = rtc_get_week(calendar.year, calendar.month, calendar.date);
- }
- /**
- * @brief 将年月日时分秒转换成秒钟数
- * @note 输入公历日期得到星期(起始时间为: 公元0年3月1日开始, 输入往后的任何日期,都 可以获取正确的星期)
- * 使用 基姆拉尔森计算公式 计算, 原理说明见此贴:
- * <a href="https://www.cnblogs.com/fengbohello/p/3264300.html" target="_blank">https://www.cnblogs.com/fengbohello/p/3264300.html</a>
- * @param syear : 年份
- * @param smon : 月份
- * @param sday : 日期
- * @retval 0, 星期天; 1 ~ 6: 星期一 ~ 星期六
- */
- uint8_t rtc_get_week(uint16_t year, uint8_t month, uint8_t day)
- {
- uint8_t week = 0;
- if (month < 3)
- {
- month += 12;
- --year;
- }
- week = (day + 1 + 2 * month + 3 * (month + 1) /
- 5 + year + (year >> 2) - year /
- 100 + year / 400) % 7;
- return week;
- }
复制代码 以上三个获取、设置RTC时间、日期的函数,均是对ESP IDF中RTC驱动的简单封装。
23.3.4 CMakeLists.txt文件
打开本实验BSP下的CMakeLists.txt文件,其内容如下所示:
- set(src_dirs
- IIC
- LCD
- LED
- SPI
- RTC
- XL9555)
- set(include_dirs
- IIC
- LCD
- LED
- SPI
- RTC
- XL9555)
- set(requires
- driver
- newlib)
- idf_component_register(SRC_DIRS ${src_dirs}
- INCLUDE_DIRS ${include_dirs} REQUIRES ${requires})
- component_compile_options(-ffast-math -O3 -Wno-error=format=-Wno-format)
复制代码 上述的红色RTC驱动以及newlib依赖库需要由开发者自行添加,以确保RTC驱动能够顺利集成到构建系统中。这一步骤是必不可少的,它确保了RTC驱动的正确性和可用性,为后续的开发工作提供了坚实的基础。
23.3.5 实验应用代码
打开main/main.c文件,该文件定义了工程入口函数,名为app_main。该函数代码如下。
- i2c_obj_t i2c0_master;
- /* 定义字符数组用于显示周 */
- char* weekdays[]={"Sunday","Monday","Tuesday","Wednesday",
- "Thursday","Friday","Saterday"};
- /**
- * @brief 程序入口
- * @param 无
- * @retval 无
- */
- void app_main(void)
- {
- esp_err_t ret;
- uint8_t tbuf[40];
- uint8_t t = 0;
-
- ret = nvs_flash_init(); /* 初始化NVS */
- if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES
- || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
- {
- ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
- ret = nvs_flash_init();
- }
- led_init(); /* 初始化LED */
- i2c0_master = iic_init(I2C_NUM_0); /* 初始化IIC0 */
- spi2_init(); /* 初始化SPI2 */
- xl9555_init(i2c0_master); /* IO扩展芯片初始化 */
- lcd_init(); /* 初始化LCD */
- rtc_set_time(2023,8,26,00,00,00); /* 设置RTC时间 */
- lcd_show_string(10, 40, 240, 32, 32, "ESP32",RED);
- lcd_show_string(10, 80, 240, 24, 24, "RTC Test",RED);
- lcd_show_string(10, 110, 240, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK",RED);
- while (1)
- {
- t++;
- if ((t % 10) == 0) /* 每100ms更新一次显示数据 */
- {
- rtc_get_time();
- sprintf((char *)tbuf, "Time:%02d:%02d:%02d",
- calendar.hour, calendar.min, calendar.sec);
- printf("Time:%02d:%02d:%02d\r\n", calendar.hour,
- calendar.min, calendar.sec);
- lcd_show_string(10, 130, 210, 16, 16, (char *)tbuf,BLUE);
- sprintf((char *)tbuf, "Date:%04d-%02d-%02d",
- calendar.year, calendar.month, calendar.date);
- printf("Date:%02d-%02d-%02d\r\n", calendar.year,
- calendar.month, calendar.date);
- lcd_show_string(10, 150, 210, 16, 16, (char *)tbuf,BLUE);
- sprintf((char *)tbuf, "Week:%s", weekdays[calendar.week]);
- lcd_show_string(10, 170, 210, 16, 16, (char *)tbuf,BLUE);
- }
- if ((t % 20) == 0)
- {
- LED_TOGGLE(); /* 每200ms,翻转一次LED */
- }
- vTaskDelay(10);
- }
- }
复制代码 从上面的代码中可以看到,在初始化完RTC后便每间隔100毫秒获取一次RTC的时间和日期,并在LCD上进行显示。
23.4 下载验证
在完成编译和烧录操作后,可以看到LCD上实时地显示着RTC的时间,并且可以看到LED在RTC周期性唤醒的驱动下以0.5Hz的频率闪烁着。
图23.3.1 SPI LCD显示效果图 |