第十八章 RTC实验
本章，我们将介绍如何使用ESP32-S3的系统时间，实现一个简单的实时时钟。
本章分为如下几个小节：
18.1 RTC介绍
18.2 硬件设计
18.3 软件设计
18.4 下载验证
18.1 RTC介绍
RTC，Real Time Clock，实时时钟，专门用来记录时间的。
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。
在Arduino开发中，我们需要下载一个“ESP32Time”软件库，该库用于设置和读取ESP32-S3内部RTC时间，我们就是基于这个库进行开发RTC功能。这个库，可以在Arduino IDE中库管理搜索到，具体下载操作如下图所示。
图18.1.1 ESP32Time库下载过程
假如在线安装不成功，也可以尝试使用手动安装方法，跟16.1.2小节描述的步骤是一样的。“ESP32Time.zip”压缩包在“资料盘→6，软件资料→2，Arduino软件包”文件夹下，下载成功后，便可以在“C:\Users\用户名\ Documents\Arduino\libraries\”路径下找到该文件。
ESP32Time库提供有三个示例工程，如下图所示：
图18.1.2 ESP32Time库示例工程
最快速了解库使用方法莫过于查看示例工程了，大家可以自行查看学习，下载看现象。
在ESP32Time库中，总的来说，分为三类函数：设置时间、获取日期时间、提取日期时间的某个数据（年/月/日/时/分/秒）。
要使用该库的函数，所以需要先定义ESP32Time对象实例，操作如下：
ESP32Time rtc; ESP32Time rtc(offset); // create an instance with a specifed offset in seconds
这里有两种方式，一种是不带参数，另一种是带参数的。参数offset的意思是时间的偏移，单位为秒。这两种有什么区别？在我的理解看来，不带参数的操作属于以自我为参照，带参数的操作属于以其他为参照。若只需要显示一个时间时，就可以使用不带参数的，即“ESP32Time rtc”；若要显示多个时间，则参考的还是使用“ESP32Time rtc”进行操作，而第二个就需要使用“ESP32Time rtc1(offset)”，offset表明跟参考时间的关系。
以上的设计考虑，其实是因为：每个国家都会有自己的时间时，比如中国的北京时间，英国的伦敦时间，日本的东京时间。它们处于不同的时区，但是都可以以格林尼治时间(GMT)为参考，向东的时区以依次为GMT+1，GMT+2，……，GMT+12；向西的时区依次为GMT-1，GMT-2，……，GMT-12。中国通用的北京时间处于GMT+8。
打个比方，我们显示两个时区，rtc一开始以格林尼治时间为标准进行设置，然后rtc1设置为北京时间。
ESP32Time rtc; // 格林尼治时间（伦敦时间） ESP32Time rtc1(28800); // 北京时间，跟rtc相差8小时，8*60*60=28800秒
这样定义ESP32Time对象实例，只需要rtc通过setTime函数设置好时间，rtc1就会在它的基础上+8小时，而不需要rtc1自己设置时间。简单理解，该功能就是可以设置相对时间。
接下来介绍一下，ESP32Time库的函数，如下所示。
setTime(30, 24, 15, 17, 1, 2021); // 17th Jan 2021 15:24:30
setTime(1609459200); // 1st Jan 2021 00:00:00
setTimeStruct(time); // set with time struct
getTime() // (String) 15:24:38
getDate() // (String) Sun, Jan 17 2021
getDate(true) // (String) Sunday, January 17 2021
getDateTime() // (String) Sun, Jan 17 2021 15:24:38
getDateTime(true) // (String) Sunday, January 17 2021 15:24:38
getTimeDate() // (String) 15:24:38 Sun, Jan 17 2021
getTimeDate(true) // (String) 15:24:38 Sunday, January 17 2021
getMicros() // (unsigned long) 723546
getMillis() // (unsigned long) 723
getEpoch() // (unsigned long) 1609459200
getLocalEpoch() // (unsigned long) 1609459200
getSecond() // (int) 38 (0-59)
getMinute() // (int) 24 (0-59)
getHour() // (int) 3 (0-12)
getHour(true) // (int) 15 (0-23)
getAmPm() // (String) PM
getAmPm(true) // (String) pm
getDay() // (int) 17 (1-31)
getDayofWeek() // (int) 0 (0-6)
getDayofYear() // (int) 16 (0-365)
getMonth() // (int) 0 (0-11)
getYear() // (int) 2021
getTime("%A, %B %d %Y %H:%M:%S") //(String)returns time with specified format
通过看前面注释的说明，我们也比较清楚函数的使用了。
本例程主要用到setTime函数和getTimeStruct函数，使用方法如下：
rtc.setTime(00, 51, 17, 1, 12, 2023); /* 2023年12月1日17:52:00 */ struct tm timeinfo = rtc.getTimeStruct();
使用getTimeStruct函数，把时间信息存进timeinfo结构体。通过这个结构体就可以获取年、月、日、时、分、秒等信息，该结构体类型如下：
struct tm
{
int tm_sec;
int tm_min;
int tm_hour;
int tm_mday;
int tm_mon;
int tm_year;
int tm_wday;
int tm_yday;
int tm_isdst;
};
18.2 硬件设计
1. 例程功能
通过LCD显示模块实时显示RTC时间，包括年、月、日、时、分、秒等信息。
2. 硬件资源
1）USART0
U0TXD-IO43 U0RXD-IO44
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）
3. 原理图
RTC为ESP32-S3的片上资源，因此并没有相应的连接原理图。
18.3 软件设计
18.3.1 程序流程图
下面看看本实验的程序流程图：
图18.3.1 程序流程图
18.3.2 程序解析
1. 12_rtc.ino代码
ESP32Time库的函数已经满足了例程需求，所以没有另外写rtc.cpp和rtc.h，所以这里直接介绍12_rtc.ino文件。
在12_rtc.ino里面编写如下代码：
#include "uart.h" #include "xl9555.h" #include "spilcd.h" #include/* 需要安装ESP32Time库 */ ESP32Time rtc; uint8_t tbuf[100]; /* 存放RTC信息 */ /** * @brief 当程序开始执行时，将调用setup()函数，通常用来初始化变量、函数等 * @param 无 * @retval 无 */ void setup() { uart_init(0, 115200); /* 串口0初始化 */ xl9555_init(); /* IO扩展芯片初始化 */ lcd_init(); /* LCD初始化 */ rtc.setTime(00, 51, 17, 1, 12, 2023); /* 2023年12月1日17:52:00 */ lcd_show_string(30, 50, 200, 16, LCD_FONT_16, "ESP32-S3", RED); lcd_show_string(30, 70, 200, 16, LCD_FONT_16, "RTC TEST", RED); lcd_show_string(30, 90, 200, 16, LCD_FONT_16, "ATOM@ALIENTEK", RED); } /** * @brief 循环函数，通常放程序的主体或者需要不断刷新的语句 * @param 无 * @retval 无 */ void loop() { struct tm timeinfo = rtc.getTimeStruct(); /* 根据time.h头文件中tm结构体的定义进行调整显示 */ sprintf((char *)tbuf, "Time:%02d:%02d:%02d", timeinfo.tm_hour-1, timeinfo.tm_min, timeinfo.tm_sec); lcd_show_string(30, 130, 210, 16, LCD_FONT_16, (char *)tbuf, RED); sprintf((char *)tbuf, "Date:%04d-%02d-%02d", timeinfo.tm_year+1900, timeinfo.tm_mon+1, timeinfo.tm_mday); lcd_show_string(30, 150, 210, 16, LCD_FONT_16, (char *)tbuf, RED); sprintf((char *)tbuf, "Week:%d", timeinfo.tm_wday); lcd_show_string(30, 170, 210, 16, LCD_FONT_16, (char *)tbuf, RED); delay(1000); }
在setup函数中，调用uart_init函数完成串口初始化，调用xl9555_init函数完成XL9555初始化，调用lcd_init函数完成LCD初始化，然后调用rtc.setTime函数设置年月日时分秒信息，然后LCD显示实验信息。
在loop函数中，调用rtc.getTimeStruct函数实现时间信息的获取，通过sprintf函数组合成字符串，然后调用lcd_show_string函数进行显示，这个过程是间隔一秒进行。
18.4 下载验证
下载代码后，LCD显示RTC实验信息，然后间隔一秒更新时间信息。
图18.4.1 RTC实验测试图