RA6E2基础-RTC时钟与日历介绍及使用

第十二章 RTC时钟与日历介绍及使用

📌 本章目标 ：深入掌握 RA6E2 的 RTC（Real-Time Clock）模块配置、日历时钟（年/月/日/时/分/秒）管理、闹钟中断、周期性中断、低功耗唤醒、与外部32.768kHz晶振联动，构建高精度、低功耗的时间管理系统。

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1. RA6E2 RTC 模块简介

RA6E2 集成 硬件实时时钟（RTC）模块 ，可在 低功耗待机模式（Software Standby、Deep Standby）下持续运行，是电池供电设备、数据记录仪、智能家居等应用的核心时间基准。

1.1 RTC 核心特性

特性	说明
时钟源	外部 32.768kHz 晶振（Subclock） 或内部 LOCO（不推荐，精度低）
计时精度	依赖外部晶振，典型 ±20ppm（约 ±1分钟/月）
支持模式	32-bit Binary Counter（自由计数）、Calendar Mode（日历模式）
日历范围	2000 ~ 2099 年（BCD编码）
中断支持	✅ 闹钟中断（Alarm）、周期性中断（PRD）、秒中断（CUP）
低功耗唤醒	✅ 在 Deep Standby 模式下通过闹钟唤醒 MCU
寄存器备份	RTC 寄存器由 VBACKUP 供电，掉电不丢失
校准功能	✅ 支持数字校准（±90ppm），补偿晶振偏差

📌 典型应用场景：

• 电子时钟、万年历
• 数据记录仪（带时间戳）
• 定时开关（如智能插座）
• 低功耗传感器周期唤醒
• 事件日志记录

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1.2 RTC 模式说明

模式	说明
Calendar Mode	✅ 推荐。自动管理年、月、日、时、分、秒，支持闰年，可设置闹钟
Binary Counter	32位计数器，每秒加1，适合长时间运行计数，但需软件解析时间

📌 本章重点讲解 Calendar Mode。

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2. 硬件准备：外部32.768kHz晶振

2.1 接线说明

引脚	连接说明
SUBOUT	接晶振一端
SUBIN	接晶振另一端
VSS	接地

📌 建议：

• 使用 12.5pF 负载电容（接在 SUBIN/SUBOUT 到地）
• 晶振走线尽量短，远离高频信号
• 电源加 0.1μF 陶瓷电容去耦

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3. FSP 图形化配置 RTC

3.1 添加 RTC 模块

1. 打开 FSP Configuration → Threads → hal_entry → 点击 +
2. 选择 Driver → Timers → RTC

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3.2 配置基本参数（Properties）

参数	推荐值/说明
Mode	Calendar
Clock Source	Subclock（必须使用外部晶振）
Output Signal	None 或 PRD（周期性中断输出）
Alarm Mode	Daily（每天触发） 或 Specific（指定年月日时分秒）
Enable Calibration	✅ Enable（启用数字校准）
Calibration Value	-30 ~ +90 ppm（根据实测误差调整，如 +20ppm）

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3.3 配置闹钟（Alarm）

• Alarm Day of Month: Any（每天）
• Alarm Hour: 10
• Alarm Minute: 30
• Alarm Second: 0

📌 对应每天 10:30:00 触发闹钟中断。

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3.4 配置中断（Interrupts 标签页）

• 勾选 RTC Alarm Interrupt
• 勾选 RTC Periodic Interrupt（可选）
• 设置中断优先级（如 12）

✅ 闹钟中断可唤醒 Deep Standby 模式！

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4. RTC 相关 FSP 函数详解

📌 所有函数声明在 r_rtc.h 中。

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4.1 R_RTC_Open

4.1.1 函数原型及功能

初始化 RTC 模块。

fsp_err_t R_RTC_Open(rtc_ctrl_t * const p_ctrl, rtc_cfg_t const * const p_cfg)

4.1.2 参数

• rtc_ctrl_t * const p_ctrl：控制句柄（如 g_rtc_ctrl）
• rtc_cfg_t const * const p_cfg：配置结构体（如 g_rtc_cfg）

4.1.3 返回值

• FSP_SUCCESS：成功
• FSP_ERR_ASSERTION
• FSP_ERR_ALREADY_OPEN
• FSP_ERR_INVALID_ARGUMENT

📌 典型用法：

fsp_err_t err = R_RTC_Open(&g_rtc_ctrl, &g_rtc_cfg);
if (FSP_SUCCESS != err) while(1);

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4.2 R_RTC_CalendarTimeSet

4.2.1 函数原型及功能

设置当前日历时间。

fsp_err_t R_RTC_CalendarTimeSet(rtc_ctrl_t * const p_ctrl, rtc_time_t * const p_time, rtc_unit_t unit)

4.2.2 参数

• p_time：指向时间结构体
• unit：RTC_UNIT_SECONDS（设置秒精度）

4.2.3 时间结构体

rtc_time_t current_time = {
    .tm_sec  = 0,
    .tm_min  = 30,
    .tm_hour = 10,
    .tm_mday = 1,
    .tm_mon  = 1,      // 1~12
    .tm_year = 2024,   // 2000~2099
    .tm_wday = 3,      // 0=Sun, 1=Mon, ... 6=Sat
};

📌 用法示例：

R_RTC_CalendarTimeSet(&g_rtc_ctrl, &current_time, RTC_UNIT_SECONDS);

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4.3 R_RTC_CalendarTimeGet

4.3.1 函数原型及功能

获取当前日历时间。

fsp_err_t R_RTC_CalendarTimeGet(rtc_ctrl_t * const p_ctrl, rtc_time_t * const p_time)

📌 用法示例：

rtc_time_t now;
R_RTC_CalendarTimeGet(&g_rtc_ctrl, &now);
printf("Time: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\r\n",
       now.tm_year, now.tm_mon, now.tm_mday,
       now.tm_hour, now.tm_min, now.tm_sec);

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4.4 R_RTC_AlarmSet

4.4.1 函数原型及功能

动态修改闹钟时间。

fsp_err_t R_RTC_AlarmSet(rtc_ctrl_t * const p_ctrl, rtc_alarm_time_t * const p_alarm_time)

📌 用法示例（设置每天 8:00 闹钟）：

rtc_alarm_time_t alarm = {
    .time.tm_hour = 8,
    .time.tm_min  = 0,
    .time.tm_sec  = 0,
    .mask         = RTC_ALARM_MASK_HOUR | RTC_ALARM_MASK_MINUTE | RTC_ALARM_MASK_SECOND,
};
R_RTC_AlarmSet(&g_rtc_ctrl, &alarm);

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4.5 R_RTC_AlarmEnable / Disable

4.5.1 函数原型及功能

启用或禁用闹钟中断。

fsp_err_t R_RTC_AlarmEnable(rtc_ctrl_t * const p_ctrl);
fsp_err_t R_RTC_AlarmDisable(rtc_ctrl_t * const p_ctrl);

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4.6 R_RTC_PeriodicIrqRateSet

4.6.1 函数原型及功能

设置周期性中断频率。

fsp_err_t R_RTC_PeriodicIrqRateSet(rtc_ctrl_t * const p_ctrl, rtc_periodic_irq_rate_t const rate)

4.6.2 可选频率

• RTC_PERIODIC_IRQ_RATE_1HZ（每秒一次）
• RTC_PERIODIC_IRQ_RATE_2HZ, 4HZ, ..., 64HZ
• RTC_PERIODIC_IRQ_RATE_OFF

📌 用途：替代 SysTick 实现低功耗定时。

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4.7 R_RTC_Close

4.7.1 函数原型及功能

关闭 RTC 模块。

fsp_err_t R_RTC_Close(rtc_ctrl_t * const p_ctrl)

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5. RTC 中断回调函数

void rtc_callback(rtc_callback_args_t *p_args)
{
    switch(p_args->event)
    {
        case RTC_EVENT_ALARM_IRQ:
            // 闹钟触发
            g_alarm_triggered = true;
            break;

        case RTC_EVENT_PERIODIC_IRQ:
            // 周期性中断（如1Hz）
            g_rtc_tick = true;
            break;

        case RTC_EVENT_CARRY_IRQ:
            // 秒计数溢出（CUP中断）
            break;

        default:
            break;
    }
}

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6. 实战1：RTC 电子时钟（带串口输出）

#include "hal_data.h"

void show_current_time(void)
{
    rtc_time_t now;
    R_RTC_CalendarTimeGet(&g_rtc_ctrl, &now);

    char msg[64];
    snprintf(msg, sizeof(msg), "Time: %04d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d\r\n",
             now.tm_year, now.tm_mon, now.tm_mday,
             now.tm_hour, now.tm_min, now.tm_sec);
    R_SCI_UART_Write(&g_uart0_ctrl, (uint8_t*)msg, strlen(msg));
}

void hal_entry(void)
{
    R_RTC_Open(&g_rtc_ctrl, &g_rtc_cfg);

    // 设置初始时间
    rtc_time_t init_time = {
        .tm_sec  = 0,
        .tm_min  = 0,
        .tm_hour = 12,
        .tm_mday = 1,
        .tm_mon  = 1,
        .tm_year = 2024,
        .tm_wday = 1,
    };
    R_RTC_CalendarTimeSet(&g_rtc_ctrl, &init_time, RTC_UNIT_SECONDS);

    while(1)
    {
        if (g_rtc_tick) // 1Hz 周期中断
        {
            g_rtc_tick = false;
            show_current_time();
        }

        R_BSP_SoftwareDelay(10, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS);
    }
}

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7. 实战2：RTC 闹钟唤醒 Deep Standby

7.1 配置要点

• Alarm Mode: Daily
• Alarm Time: 07:00:00
• Interrupts: ✅ Enable Alarm IRQ
• Power Management: 配置为 Deep Standby 模式

7.2 代码实现

void enter_deep_standby(void)
{
    // 关闭所有外设时钟
    R_CGC_PeripheralClockDisable(&g_cgc_ctrl, CGC_PERIPHERAL_SCI0);
    R_CGC_PeripheralClockDisable(&g_cgc_ctrl, CGC_PERIPHERAL_GPT0);

    // 进入 Deep Standby，RTC 保持运行
    R_BSP_DeepSoftwareStandbyEnter();
    // MCU 休眠，直到 RTC 闹钟唤醒
}

void hal_entry(void)
{
    R_RTC_Open(&g_rtc_ctrl, &g_rtc_cfg);

    while(1)
    {
        if (g_alarm_triggered)
        {
            g_alarm_triggered = false;
            // 执行晨间任务：打开灯光、播放音乐等
            R_SCI_UART_Write(&g_uart0_ctrl, "Good Morning!\r\n", 15);
        }

        enter_deep_standby(); // 每次任务后重新进入休眠
    }
}

📌 功耗 ：Deep Standby 模式下电流 < 1μA，仅 RTC 和备份寄存器供电！

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8. RTC 校准与精度优化

8.1 数字校准原理

通过调整内部计数器步进值，实现 ±90ppm 调整：

校准值 > 0：加快时钟（正偏差）
校准值 < 0：减慢时钟（负偏差）

8.2 校准步骤

1. 运行 RTC 一周，对比标准时间
2. 计算日偏差（秒/天）
3. 计算校准值：

✅ 在 FSP 中设置 Calibration Value = 76

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9. RTC 函数速查表

函数名	用途	关键参数	返回值/错误码	注意事项
R_RTC_Open	初始化RTC	p_ctrl, p_cfg	ALREADY_OPEN	必须最先调用
R_RTC_CalendarTimeSet	设置当前时间	*p_time	INVALID_ARG	年范围 2000~2099
R_RTC_CalendarTimeGet	获取当前时间	*p_time	-	实时读取
R_RTC_AlarmSet	设置闹钟	*p_alarm_time	INVALID_ARG	可设每日/特定时间
R_RTC_AlarmEnable	启用闹钟中断	-	-	可唤醒 Deep Standby
R_RTC_PeriodicIrqRateSet	设置周期中断频率	rate (1Hz~64Hz)	INVALID_ARG	替代 SysTick
rtc_callback	事件回调	p_args->event	无返回值	处理闹钟、周期中断

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10. 开发建议

✅ 推荐做法：

1. 必须使用外部 32.768kHz 晶振，LOCO 精度太差。
2. 启用数字校准，补偿晶振个体差异。
3. 闹钟唤醒 Deep Standby，实现超低功耗定时任务。
4. 周期性中断替代 SysTick，降低运行功耗。
5. 时间显示使用 R_RTC_CalendarTimeGet，避免全局变量同步问题。

⛔ 避免做法：

1. 频繁调用 CalendarTimeSet（可能引起计时混乱）
2. 在中断中执行长时间操作（阻塞唤醒）
3. 忽略闰年与月份天数（RTC 自动处理，无需软件干预）

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