基于 STC8 单片机的 RTC 时钟实现：从原理到实践
在嵌入式开发中，实时时钟（RTC）是许多应用的核心组件，从温湿度记录仪到智能家居控制器，都需要精准的时间戳来支撑功能逻辑。对于采用 STC8 系列单片机的项目而言，无需额外外接 RTC 芯片，就能利用其内置的 RTC 模块实现可靠计时 ------ 这既是 STC8 的一大优势，也需要开发者掌握其独特的配置逻辑。
STC8 系列 RTC 的核心特性
STC8A8K、STC8H1K 等主流型号均集成了硬件 RTC 模块，与传统外接芯片（如 DS3231）相比，它的核心优势在于简化硬件设计 和降低功耗：
-
无需外部晶振：模块可选择使用主时钟分频或内部低速 RC 振荡器作为时钟源，避免了 32.768kHz 晶振的布线误差。
-
低功耗运行：在掉电模式下，RTC 模块可单独由后备电源（如 CR2032 纽扣电池）供电，电流消耗低至 1μA 以下，支持数年持续运行。
-
丰富的时间寄存器：内置秒、分、时、日、月、年寄存器，支持闰年自动校正，最大可记录至 2100 年。
-
中断功能：可配置秒中断、分中断或特定时间闹钟中断，方便唤醒单片机执行定时任务。
不过需要注意的是，STC8 的 RTC 精度受内部振荡器稳定性影响，常温下误差约为 ±5ppm（年误差约 158 秒），若需更高精度，可通过软件校准或外接晶振的方式补偿。
硬件设计：最小系统的 RTC 供电方案
基于 STC8 实现 RTC 功能的硬件设计非常简洁，核心在于电源切换电路的设计：
-
主电源：单片机正常工作时，由 5V 或 3.3V 系统电源供电，同时为后备电池充电（通过二极管防止反向漏电）。
-
后备电源：采用 3V 纽扣电池，通过 STC8 的 VBAT 引脚连接，当主电源掉电时，自动切换为电池供电。
-
外部晶振（可选）：若对精度要求较高，可在 X32IN/X32OUT 引脚外接 32.768kHz 晶振，并搭配 22pF 负载电容。
典型电路中，VBAT 引脚需串联 10kΩ 限流电阻，电池正极通过肖特基二极管（如 1N5819）与主电源连接，确保主电正常时电池不放电，主电断开时立即切换供电。
软件实现：从寄存器配置到时间读取
STC8 的 RTC 模块通过特殊功能寄存器（SFR）配置，以下是关键步骤的代码逻辑（以 STC8H8K64u 为例）：
1. 初始化 RTC 模块
c
// I2C 配置函数定义
/**************** I2C初始化函数 *****************/
static void I2C_config(void)
{
I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_Master; //主从选择 I2C_Mode_Master, I2C_Mode_Slave
I2C_InitStructure.I2C_Enable = ENABLE; //I2C功能使能, ENABLE, DISABLE
I2C_InitStructure.I2C_MS_WDTA = DISABLE; //主机使能自动发送, ENABLE, DISABLE
I2C_InitStructure.I2C_Speed = 13; //总线速度=Fosc/2/(Speed*2+4), 0~63
// 400k, 24M => 13
I2C_Init(&I2C_InitStructure);
NVIC_I2C_Init(I2C_Mode_Master,DISABLE,Priority_0); //主从模式, I2C_Mode_Master, I2C_Mode_Slave; 中断使能, ENABLE/DISABLE; 优先级(低到高) Priority_0,Priority_1,Priority_2,Priority_3
I2C_SW(I2C_P33_P32); //I2C_P14_P15,I2C_P24_P25,I2C_P33_P32
}
// PCF8563初始化
void PCF8563_init() {
EAXSFR(); /* 扩展寄存器访问使能 */
// P32 P33 开漏
P3_MODE_OUT_OD(GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
I2C_config(); // I2C配置
}2. 设置时间
#define WRITE_BCD(val) ((val / 10) << 4) + (val%10) // 没有分号，宏定义
// 设备地址
#define PCF8563_DEV_ADDR 0xa2
// 存储地址(寄存器地址): 时间(秒)存储地址
#define PCF8563_REG_SECOND 0x02
// 设置时间
void PCF8563_set_clock(Clock_t temp) {
u8 p[7] = {0}; // 写完整 年月日 星期几 时分秒
// 秒的寄存器地址为： 0x02
// 秒: 第0~3位记录个位，第4~6位记录十位
// 十位 个位
p[0] = WRITE_BCD(temp.second);
// 分: 第0~3位，保存个数，第4到6位，保存十位
p[1] = WRITE_BCD(temp.minute);
// 时：第0~3位，保存个数，第4到5位，保存十位
p[2] = WRITE_BCD(temp.hour);
// 日：第0~3位，保存个数，第4到5位，保存十位
p[3] = WRITE_BCD(temp.day);
// 周：第0~2位，保存个数
p[4] = temp.weekday;
// 月_世纪: 第0~3位记录个位，第4位记录十位，第7位为0，世纪数为20xx，为1，世纪数为21xx
p[5] = WRITE_BCD(temp.month);
// 月的第7位
if (temp.year >= 2100) { // 第7位置1
p[5] |= (1 << 7);
} // 第7位置0，不处理就是0
// 年：第0~3位，保存个数，第4到7位，保存十位
// 2025 ===> 25
p[6] = WRITE_BCD(temp.year%100);
I2C_WriteNbyte(PCF8563_DEV_ADDR, PCF8563_REG_SECOND, p, 7);
}3. 读取时间
#define READ_BCD(val) (val >> 4) * 10 + (val & 0x0f)
// 设备地址
#define PCF8563_DEV_ADDR 0xa2
// 存储地址(寄存器地址): 时间(秒)存储地址
#define PCF8563_REG_SECOND 0x02
// 获取时间
void PCF8563_get_clock(Clock_t *temp) {
u8 p[7] = {0};
u8 flag;
// 读时间
I2C_ReadNbyte(PCF8563_DEV_ADDR, PCF8563_REG_SECOND, p, 7);
// 10进制 用 16进制表示 低4位放个位 高4位放10位
// 秒: 第0~3位记录个位，第4~6位记录十位
temp->second = READ_BCD(p[0]);
// 分: 第0~3位，保存个数，第4到6位，保存十位
temp->minute = READ_BCD(p[1]);
// 时：第0~3位，保存个数，第4到5位，保存十位
temp->hour = READ_BCD(p[2]);
// 日：第0~3位，保存个数，第4到5位，保存十位
temp->day = READ_BCD(p[3]);
// 周：第0~2位，保存个数
temp->weekday = p[4]; // 如果是星期日，是0
// 月_世纪: 第0~3位记录个位，第4位记录十位，第7位为0，世纪数为20xx，为1，世纪数为21xx
// 处理第7位
// 取出第7位
flag = p[5] >> 7;
// 第7位置0， 月的第7位，是年的标志位，不是月的有效数据
p[5] &= ~(1 << 7);
temp->month = READ_BCD(p[5]);
// 年：第0~3位，保存个数，第4到7位，保存十位
temp->year = READ_BCD(p[6]);
if (flag == 1) temp->year += 2100;
else temp->year += 2000;
}实战技巧：提升 RTC 稳定性的三个要点
-
电源滤波：在 VBAT 引脚与地之间并联 10uF 电解电容和 0.1uF 陶瓷电容，减少电池供电时的纹波干扰。
-
软件校准：定期通过 NTP 网络或 GPS 获取标准时间，计算误差后通过 RTC 的校准寄存器（RTC_CAL）进行补偿。
-
数据备份：将重要的时间信息同时存储在 EEPROM 中，RTC 故障时可从 EEPROM 恢复最近时间。
应用案例：基于 STC8 的PCF8563S时钟芯片
PCF8563.h代码//自己写的封装的库函数的声明
c
#ifndef __PCF8563_H__
#define __PCF8563_H__
#include "GPIO.h"
#include "NVIC.h"
#include "Switch.h"
#include "I2C.h"
#define WRITE_BCD(val) ((val / 10) << 4) + (val%10) // 没有分号，宏定义
#define READ_BCD(val) (val >> 4) * 10 + (val & 0x0f)
// 设备地址
#define PCF8563_DEV_ADDR 0xa2
// 存储地址(寄存器地址): 时间(秒)存储地址
#define PCF8563_REG_SECOND 0x02
typedef struct {
u16 year;
u8 month;
u8 day;
u8 weekday;
u8 hour;
u8 minute;
u8 second;
} Clock_t;
// PCF8563初始化
void PCF8563_init();
// 设置时间
void PCF8563_set_clock(Clock_t temp);
// 获取时间
void PCF8563_get_clock(Clock_t *temp);
#endifPCF8563.c
代码//自己写的封装的库函数的实现
c
#include "PCF8563.h"
// I2C 配置函数定义
/**************** I2C初始化函数 *****************/
static void I2C_config(void)
{
I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_Master; //主从选择 I2C_Mode_Master, I2C_Mode_Slave
I2C_InitStructure.I2C_Enable = ENABLE; //I2C功能使能, ENABLE, DISABLE
I2C_InitStructure.I2C_MS_WDTA = DISABLE; //主机使能自动发送, ENABLE, DISABLE
I2C_InitStructure.I2C_Speed = 13; //总线速度=Fosc/2/(Speed*2+4), 0~63
// 400k, 24M => 13
I2C_Init(&I2C_InitStructure);
NVIC_I2C_Init(I2C_Mode_Master,DISABLE,Priority_0); //主从模式, I2C_Mode_Master, I2C_Mode_Slave; 中断使能, ENABLE/DISABLE; 优先级(低到高) Priority_0,Priority_1,Priority_2,Priority_3
I2C_SW(I2C_P33_P32); //I2C_P14_P15,I2C_P24_P25,I2C_P33_P32
}
// PCF8563初始化
void PCF8563_init() {
EAXSFR(); /* 扩展寄存器访问使能 */
// P32 P33 开漏
P3_MODE_OUT_OD(GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
I2C_config(); // I2C配置
}
// 设置时间
void PCF8563_set_clock(Clock_t temp) {
u8 p[7] = {0}; // 写完整 年月日 星期几 时分秒
// 秒的寄存器地址为： 0x02
// 秒: 第0~3位记录个位，第4~6位记录十位
// 十位 个位
p[0] = WRITE_BCD(temp.second);
// 分: 第0~3位，保存个数，第4到6位，保存十位
p[1] = WRITE_BCD(temp.minute);
// 时：第0~3位，保存个数，第4到5位，保存十位
p[2] = WRITE_BCD(temp.hour);
// 日：第0~3位，保存个数，第4到5位，保存十位
p[3] = WRITE_BCD(temp.day);
// 周：第0~2位，保存个数
p[4] = temp.weekday;
// 月_世纪: 第0~3位记录个位，第4位记录十位，第7位为0，世纪数为20xx，为1，世纪数为21xx
p[5] = WRITE_BCD(temp.month);
// 月的第7位
if (temp.year >= 2100) { // 第7位置1
p[5] |= (1 << 7);
} // 第7位置0，不处理就是0
// 年：第0~3位，保存个数，第4到7位，保存十位
// 2025 ===> 25
p[6] = WRITE_BCD(temp.year%100);
I2C_WriteNbyte(PCF8563_DEV_ADDR, PCF8563_REG_SECOND, p, 7);
}
// 获取时间
void PCF8563_get_clock(Clock_t *temp) {
u8 p[7] = {0};
u8 flag;
// 读时间
I2C_ReadNbyte(PCF8563_DEV_ADDR, PCF8563_REG_SECOND, p, 7);
// 10进制 用 16进制表示 低4位放个位 高4位放10位
// 秒: 第0~3位记录个位，第4~6位记录十位
temp->second = READ_BCD(p[0]);
// 分: 第0~3位，保存个数，第4到6位，保存十位
temp->minute = READ_BCD(p[1]);
// 时：第0~3位，保存个数，第4到5位，保存十位
temp->hour = READ_BCD(p[2]);
// 日：第0~3位，保存个数，第4到5位，保存十位
temp->day = READ_BCD(p[3]);
// 周：第0~2位，保存个数
temp->weekday = p[4]; // 如果是星期日，是0
// 月_世纪: 第0~3位记录个位，第4位记录十位，第7位为0，世纪数为20xx，为1，世纪数为21xx
// 处理第7位
// 取出第7位
flag = p[5] >> 7;
// 第7位置0， 月的第7位，是年的标志位，不是月的有效数据
p[5] &= ~(1 << 7);
temp->month = READ_BCD(p[5]);
// 年：第0~3位，保存个数，第4到7位，保存十位
temp->year = READ_BCD(p[6]);
if (flag == 1) temp->year += 2100;
else temp->year += 2000;
}主函数
c
#include "GPIO.h"
#include "Delay.h"
#include "UART.h" // 串口配置 UART_Configuration
#include "NVIC.h" // 中断初始化NVIC_UART1_Init
#include "Switch.h" // 引脚切换 UART1_SW_P30_P31
#include "PCF8563.h"
void GPIO_config() {
GPIO_InitTypeDef info;
// ===== UART1 P30 P31 准双向
info.Mode = GPIO_PullUp; // 准双向
info.Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1; // 引脚
GPIO_Inilize(GPIO_P3, &info);
}
// 串口配置函数的定义
void UART_config(void) {
// >>> 记得添加 NVIC.c, UART.c, UART_Isr.c <<<
COMx_InitDefine COMx_InitStructure; //结构定义
COMx_InitStructure.UART_Mode = UART_8bit_BRTx; //模式, UART_ShiftRight,UART_8bit_BRTx,UART_9bit,UART_9bit_BRTx
COMx_InitStructure.UART_BRT_Use = BRT_Timer1; //选择波特率发生器, BRT_Timer1, BRT_Timer2 (注意: 串口2固定使用BRT_Timer2)
COMx_InitStructure.UART_BaudRate = 115200ul; //波特率, 一般 110 ~ 115200
COMx_InitStructure.UART_RxEnable = ENABLE; //接收允许, ENABLE或DISABLE
COMx_InitStructure.BaudRateDouble = DISABLE; //波特率加倍, ENABLE或DISABLE
UART_Configuration(UART1, &COMx_InitStructure); //初始化串口1 UART1,UART2,UART3,UART4
NVIC_UART1_Init(ENABLE,Priority_1); //中断使能, ENABLE/DISABLE; 优先级(低到高) Priority_0,Priority_1,Priority_2,Priority_3
UART1_SW(UART1_SW_P30_P31); // 引脚选择, UART1_SW_P30_P31,UART1_SW_P36_P37,UART1_SW_P16_P17,UART1_SW_P43_P44
}
void main() {
Clock_t temp; // 结构体变量
EA = 1; // 使能中断总开关
GPIO_config(); // GPIO配置
UART_config(); // 串口配置
PCF8563_init(); // PCF8563 初始化
// ==============================写时间
temp.year = 2025, temp.month = 8, temp.day = 11;
temp.weekday = 1; // 如果是星期日，是0
temp.hour = 23, temp.minute = 59, temp.second = 54;
PCF8563_set_clock(temp); // 设置时间
while (1){
PCF8563_get_clock(&temp); // 获取时间
printf("%02d-%02d-%02d\n", (int)temp.year, (int)temp.month, (int)temp.day);
printf("weekday: %02d\n", (int)temp.weekday);
printf("%02d:%02d:%02d\n", (int)temp.hour, (int)temp.minute, (int)temp.second);
delay_ms(250); // 每隔1s 发送1次
delay_ms(250);
delay_ms(250);
delay_ms(250);
}
}结语
STC8 系列单片机的内置 RTC 模块，是平衡性能与成本的理想选择。掌握其硬件设计要点和软件配置逻辑，既能简化电路设计，又能保证时间精度满足多数应用场景。无论是开发智能时钟、数据记录仪还是工业控制设备，STC8 的 RTC 功能都能成为可靠的 "时间基准"，为嵌入式系统注入精准的时序灵魂。