STM32—BKP备份寄存器&RTC实时时钟

1.BKP简介

• BKP(Backup Registers)备份寄存器
• BKP可用于存储用户应用程序数据。当VDD（2.0~3.6V）电源被切断，他们仍然由VBAT(1.8~3.6V)维持供电。当系统在待机模式下被唤醒，或系统复位或电源复位时，他们也不会被复位
• TAMPER引脚产生的侵入事件将所有备份寄存器内容清除
• RTC引脚输出RTC校准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲
• 存储RTC时钟校准寄存器
• 用户数据存储容量:
  • 20字节(中容量和小容量)/84字节(大容量和互联型)

2.BKP基本结构

这个图中橙色部分我们可以叫作后备区域，BKP处于后备区域，但后备区域不只有BKP，还有RTC的相关电路也位于后备区域，STM32后备区域的特性就是，当VDD主电源掉电时，后备区域仍然可以由VBAT的备用电池供电，当VDD主电源上电时，后备区域供电会由VBAT切换到VDD，也就是主电源有电时，VBAT不会用到，这样可以节省电池电量

然后BKP是位于后备区域的，BKP里主要有数据寄存器、制寄存器、状态寄存器和RTC时钟校准寄存器这些东西，其中数据寄存器是主要部分，用来存储数据的，每个数据寄存器都是16位的，也就是，一个数据寄存器可以存2个字节，那对于中容量和小容量的设备，里面有DR1、DR2、一直到、DR10总共10个数据寄存器，那一个寄存器存两个字节，所以容量是20个字节，然后对于大容量和互联型设备，里面除了DR1到DR10还有DR11、DR12、一直到、DR42，总共42个数据奇存器，容量是84个字节

然后，BKP还有几个功能，就是下面这里的侵入检测，可以从PC13位置的TAMPER引I脚引入一个检测信号，当TAMPER产生上升沿或者下降沿时清除BKP所有的内容，以保证安全，时钟输出可以把RTC的相关时钟从PC13位置的RTC引脚输出出去，供外部使用，其中，输出校准时钟时再配合这个校准寄存器，可以对RTC的误差进行校准

3.RTC简介

• RTC（Real Time Clock）实时时钟
• RTC是一个独立的定时器，可为系统提供时钟和日历的功能
• RTC和时钟配置系统处于后备区域，系统复位时数据不清零VDD（2.0~3.6V）断电后可借助VBAT(1.8~3.6V)供电继续走时
• 32位的可编程计数器，可对应Unix时间戳的秒计数器
• 20位的可编程预分频器，可适配不同频率的输入时钟
• 可选择三种RTC时钟源:
  • HSE时钟除以128（通常为8MHz/128）
  • LSE振荡器时钟（通常为32.768KHz）
  • LSI振荡器时钟（40KHz）

时钟系统

H(High)开头是高速，L(Low)开是低速，E(Extermal)结尾是外部，I(lnternal)结尾是内部，这里高速时钟，一般供内部程序运行和主要外设使用，低速时钟，一般供RTC、看门狗这些东西使用

RTCCLK有3个来源：第一个是OSC引脚接的HSE，外部高速晶振，这个呈振是主晶振，我们一般都用的8MHZ，8MHz进来，通过128分频，可以产生RTCCLK信号，为什么要先128分频呢，这是因为这个8MHz的主晶振太快了，如果不提前分频，直接给RTCCLK，后续即使再通过RTC的20位分频器，也分不到1HZ这么低的频率，所以8MHZ，提前先进行128分频，后续20位的分频器，再进行一个适当的分频，就可以输出1Hz的信号给计数器了

然后中间这一路，时钟来源是LSE，外部低速晶振，我们在OSC32这两个引脚，接上外部低速晶振，这个品振产生的时钟，可以直接提供给RTCCLK，这个OSC32的显振，是内部RTC的专用时钟，这个品振的值，也不是随便选的，通常跟RTC有关的晶振都是统一的数值，就是32.768KHZ，为什么选择这个数值，一方面是，32KHz这个值附近的频率是这个品振工艺比较合适的频率，另一方面是，32768，这是一个2的次方数，2^15=32768，所以32.768KHZ即32768HZ，经过一个15位分频器的自然溢出就能很方便地得到1Hz的频率，自然溢出的意思就是设计一个15位的计数器，这个计数器不用设置计数目标，直接从0计到最大值，就是计到32767，计满后自然溢出，这个溢出信号就是1HZ，自然溢出的好处，就是不用再额外设计一个计数目标了，也不用比较，计数器是不是计到目标值了，这样可以简化电路设计（最常用）

最后看第三路时钟源来自于LSI，内部低速RC振荡器，LSI，固定是40KHZ，如果选择LSI当作RTCCLK后续再经过40K的分频，就能得到1Hz的计数时钟了，当然内部的RC振荡器，一般精准度没有外部晶振高，所以LSI给RTCCLK，可以当作一个备选方案，另外，LSI还可以提供给看门狗

中间一路最常用，第一个原因就是，中间这路32.768KHz的显振，本身就是专供RTC使用的，上下这两路，其实是有各自的任务，上面这一路，主要作为系统主时钟，下面这一路，主要作为看门狗时钟，它们只是顺带可以备选当作RTC的时钟，另外更重要的是只有中间这一路的时钟，可以通过VBAT备用电池供电，上下两路时钟，在主电源断电后，是停止运行的，所以要想实现RTC主电源掉电继续走时的功能，必须得选择中间这一路的RTC专用时钟，如果选择的是上下两路时钟，主电源断电后，时钟就暂停了，这显然会号致走时出错

4.RTC框图

左边这一块是核心的、分频和计数计时部分，右边这一块是中断输出使能和NMIC部分，上面这一块是APB1总线读写部分，下面这一块是和PWR关联的部分，意思就是RTC的闹钟可以唤醒设备，退出待机模式，然后，在图中，我们看到有灰色填充的部分都处于后备区域，这些电路在主电源掉电后，可以使用备用电池维持工作，另外这里还写了，这些模块在待机时都会继续维持供电

首先，看分频和计数计时部分，这一块的输入时钟是RTCCLK，RTCCLK的来源需要在RCC里进行配置，可以选择的选项是这3个，主要选择中间一路，那因为这3路时钟，频率各不相同，而且都远大于我们所需要的1Hz的秒计数频率，所以RTCCLK进来，需要首先经过RTC预分频器进行分频，这个分频器由两个寄存器组成，上面这个是重装载寄存器RTC_PRL，下面这个，RTC_DN，手册里叫作余数寄存器，但实际上，这一块跟我们之前定时器时基单元里的计数器CNT和重装值ARR，是一样的作用，实际上还是计数器的作用，分频器其实就是一个计数器，计几个数溢出一次，那就是几分频，听以对于可编程的分频器来说，需要有两个寄存器，一个寄存器用来不断地计数，另一个寄存器，我们写入一个计数目标值，用来配置是几分频，那在这里，上面这个PRL，就是计数目标，我们写入6，那就是7分频，因为计数值包含了0，所以重装值写入几，就是几+1分频，然后下面这个DM，就是每来一个时钟计一个数的用途了，当然这个DI计数器，是一个自减计数器，每来一个输入时钟，DIV的值自减一次，自减到0时，再来一个输入时钟，DI输出一个脉冲，产生溢出信号，同时DI从PRL获取重装值，回到重装值继续自减

举个例子，比如RTCCLK输入时钟是32.768KHZ，即32768HZ，为了分频之后得到1Hz，PRL就要给32767，这个数值是始终不变的，DIV可以保持初始值为0，那在第一个输入时钟到来时，DIV就立刻溢出，产生溢出信号给后续电路，同时，DIV变为重装值32767，然后第二个输入时钟，DIV自减变为32766，一直这样，来一个输入时钟自减一次，直到变为0，然后再来一个输入时钟就会产生一个溢出信号，同时DIV回到32767，以此循环往复，这样的话，也就是每来32768个输入脉冲，计数器溢出一次，产生一个输出脉冲，这就是32768分频了，分频输出后的时钟频率是1HZ，提供给后续的秒计数器

然后看一下计数计时部分，32位可编程计数器RTC_CNT，就是计时最核心的部分，我们可以把这个计数器看作是Unix时间戳的秒计数器，这样借用time.h的函数，就可以很方便地得到年月日时分秒了，然后在下面部分这个RTC还设计的有一个闹钟寄存器RTC_ALR，这个ALR也是一个32位的寄存器,和上面这个CNT是等宽的，它的作用，顾名思义，就是设置闹钟，我们可以在ALR写一个秒数，设定闹钟，当CNT的值跟ALR设定的闹钟值一样时，也就是这里画的等号，如果它俩值相等就代表闹钟响了，这时就会产生RTC Alarm闹钟信号，通往右边的中断系统，在中断函数里，你可以执行相应的操作，同时，这个闹钟还兼具一个功能，就是下面这里的，闹钟信号可以让STM32退出待机模式，这个功能就可以对应一些用途，比如你设计一个数据采集设备，需要在环境非常恶劣的地方工作比如海底、高原、深井这些地方，然后要求是，每天中午12点采集一次环境数据，其他时间，为了节省电量，避免频繁换电池，芯片都必须处于待机模式，这样的话，我们就可以用这个RTC自带的闹钟功能，定一个中午12点的闹钟，闹钟一响，芯片唤醒，采集数据，完成后，继续待机，这样是不是就可以完成这个任务了，另外，这个闹钟值，是一个定值，只能响一次，所以如果你想卖现周期性的闹钟，那在每次响之后都需要再重新设置一下下一个闹钟时间，这就是这个闹钟和闹钟唤醒的一个用途

继续往右看就是中断部分了，在左边这里，有3个信号可以触发中断，第一个是RTC_Second秒中断，它的来源就是CNT的输入时钟，如果开启这个中断，那么程序就会每秒进一次RTC中断，第二个是RTC Overflow，溢出中断，它的来源，是CNT的右边，意思就是CNT的32位计数器计满溢出了，会触发一次中断，所以这个中断一般不会触发，这个CNT定义是无符号数，到2106年才会溢出，所以这个中断，在2106年会触发一次，如果你想程序更完善一些，可以开启这个中断，到2106年，计数器溢，为了避免不必要的错误，你可以让芯片罢工，然后提示当前设备过者，请及时更换，当然在2106年之后，这个STM32的RTC就不太好用了，到时候或许可以通过打补丁的方式继续运行，或者直接淘汰32位的时间戳，然后继续看，下面第三个RTC_Alarm，闹钟中断，刚才说过，当计数器和闹钟值相等时，触发中断，同时，闹钟信号可以把设备从待机模式唤醒

中断信号到右边这里这一块就是中断标志位和中断输出控制，这些F(Flag)结尾的是对应的中断标志位，IE(lnterrupt Enable)结尾的是中断使能，最后3个信号通过一个或门，汇聚到NVIC中断控制器

然后上面这部分APB1总线和APB1接口，就是我们程序读写寄存器的地方了，读写寄存器，可以通过APB1总线来完成，另外也可以看出，RTC是APB1总线上的设备

最后，下面这一块，退出待机模式，还有一个WKUP引脚，闹钟信号，和KUP(WeakUp)引脚，都可以唤醒设备，WKUP引脚可以看下接线图，就是PA0位置，它兼具唤醒的功能

5.RTC基本结构

最左边是RTCCLK时钟来源，这一块需要在RCC里配置，3个时钟，选择一个，当作RTCCLK，之后，RTCCLK先通过预分频器，对时钟进行分频，余数寄存器是一个自减计数器，存储当前的计数值，重装寄存器是计数目标，决定分频值，分频之后，得到1Hz的秒计数信号，通向32位计数器，一秒自增一次，下面还有一个32位的闹钟值，可以设置闹钟，如果不需要闹钟的话，下面这块可以不用管，然后右边有3个信号可以触发中断，分别是秒信号、计数器溢出信号和闹钟信号，三个信号先通过中断输出控制，进行中断使能，使能的中断才能通向NVIC，然后向CPU申请中断，在程序中我们配置这个数据选择器，可以选择时钟来源，配置重装寄存器，可以选择分频系数，配置32位计数器，可以进行目期时间的读写，需要闹钟的话，配置32位闹钟值即可，需要中断的话，先允许中断，再配置NVIC，最后写对应的中断函数即可

6.硬件电路

为了配合STM32的RTC，外部还是需要有一些电路的，在最小系统电路上，外部电路还要额外加两部分，第一部分就是备用电池，第二部分就是外部低速晶振，首先，备用电池供电部分，我这里给了两个参考电路，第一个是简单连接就是使用一个3V的电池，负极和系统共地，正极直接引到STM32的VBAT引脚，这个供电方案非常简单，在手册5.167供电方案这里，图上画的直接接一个1.8-3.6V的电池到VBAT就行了，另外也可以看到，在内部是有一个供电开关的，当VDD有电时，开关拨到下面由电路由VDD供电，当VDD没电时，开关拨到上面，后备电路由VBAT供电，然后VBT供电的设备，在这里写了VBAT供电的后备电路，有32KHZ振荡器。RTC，唤醒电路和后备寄存器，那这就是根据数据手册里，设计的VBAT供电方案

这里还给了第二种方案，是推荐连接，这种连接方法是电池，通过二极管D1，向VBAT供电，另外主电源的3.3V，也通过二极管D2，向VBAT供电，最后，VBAT再加一个0.1uF的电源滤波电容，这个供电方案的参考来源是STM32的参考手册，在这个4,1.2.电池备份区域这一节

综合这两条建议，我们可以设计出右边的推荐连接，电池和主电源都加一个二极管，防止电流倒灌，VBAT加一个0.1uF的电源滤波电容，0.1uF就是100nF，如果没有备用电池，就是3V3的主电源供电，如果接了备用电池，3V3没电时，就是备用电池供电，如果你只是进行实验，那使用左边的简单连接就行了，如果要画板子设计产品那还是推荐使用右边的连接，这样更保险

然后继续看一下右边的外部低速晶振部分，这就是一个典型的晶振电路了，这里X1是一个32.768KHZ的RTC晶振，这个昆振不分正负极，两端分别接在OSC32这两个引脚上，然后昆振两端，再分别接一个起振电容，到GND，这个电路的设计参考来源还是STM32的数据手册，在5.36外部时钟源特性这里有参考电路，使用一个晶体/陶瓷谐振器产生的低速外部时钟，对于CL1和CL2，建议使用高质量的5p~15pF之间的瓷介电容器，，，，，

这个备用电池，我们一般可以选择这样的3V纽扣电池，型号是CR2032，这是一个非常常用的纽扣电池型号，另外注意，这个纽扣电池印字的这一面是正极，另一面，比较小的那个电极是负极，然后32.768KHz的晶振，我们可以选择这样的一个金属壳桂状体的晶振，这个晶振也是比较常见，晶振的全称是石英晶体振荡器，所以我们常说的石英钟名称就来源于这样一个元件，最小系统板自带的有RTC晶振电路，这里这个黑色的元件，写的有32.768K，这个也是一种样式的RTC晶振，然后旁边这个金属壳柱状体，是8MHz的外部高速晶振

7.RTC操作注意事项

• 执行以下操作将使能对BKP和RTC的访问:
  • 设置RCC APB1ENR的PWREN和BKPEN，I使能PWR和BKP时钟
  • 设置PWR CR的DBP，使能对BKP和RTC的访问
• 若在读取RTC寄存器时，RTC的APB1接口曾经处于禁止状态，则软件首先必须等待RTC CRL寄存器中的RSF位(寄存器同步标志)被硬件置1（APB1时钟速度过快，RTC寄存器还没有更新到APB1总线上）
• 必须设置RTC CRL寄存器中的CNF位，使RTC进入配置模式后，才能写入RTC PRL、RTC CNT、RTC ALR寄存器
• 对RTC任何寄存器的写操作，都必须在前一次写操作结束后进行可以通过查询RTC CR寄存器中的RTOFF状态位，判断RTC寄存器是否处于更新中。仅当RTOFF状态位是1时，才可以写入RTC寄存器

原文地址：https://blog.csdn.net/m0_60322134/article/details/142881988

免责声明：本站文章内容转载自网络资源，如本站内容侵犯了原著者的合法权益，可联系本站删除。更多内容请关注自学内容网（zxcms.com）！