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BKP备份寄存器RTC实时时钟

news 2025/7/7 3:52:21

BKP备份寄存器&RTC实时时钟

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VDDA和VSSA是内部模拟部分的电路
VDD和VSS_1、2、3是内部数字电路的供电。系统以VDD开头的电源都是主电源。在正常使用STM32时，全部需要接到3.3v电源上。

VBAT备用电池供电引脚，如使用STM32内部的BKP和RTC，引脚必须接备用电池，用来维持BKP和RTC，在VDD主电源掉电后的供电，这里备用电池只有一跟正极的引脚，接电池时，电池正极接VBAT,电池负极和主电源负极接在一起，供地。
TAMPER引脚产生的侵入事件将所有备份寄存器内容清除，TAMPER是一个接到stm32外部的引脚，这个TAMPER是一个安全保障设计，如果你做一个安全系数非常高的设备，设备需要有防拆功能，然后BKP里也存储了一些敏感数据，这些数据不能被别人窃取或者篡改，那你就可以使用这个TAMPER引脚的侵入检测功能。
设计电路时，TAMPER引脚可以先加一个默认的上拉或者下拉电阻，然后引一根线到你的设备外壳的防拆开关或触点，别人一拆开你的设备触发开关，就会在TAMPER引脚产生上升沿或者下降沿，这样STM32就检测到侵入事件了，这时BKP的数据会自动清零，并且申请中断，你在中断里还可以继续保护设备，比如清除其他存储器数据，然后设备锁死，这样来保障设备的安全，另外主电源断电后，侵入检测仍然有效，这样即使设备关机也能防拆。
RTC引脚输出RTC校准时钟、RTC闹钟脉冲或者秒脉冲，其中外部用设备测量RTC校准时钟，可以对内部RTC微小的误差进行校准。
闹钟脉冲或者秒脉冲可以输出出来，为别的设备提供这些信号，这是RTC时钟输出的功能。因为PC13、temple和RTC这三个引脚共用一个端口，所以这三个功能同一时间只能使用一个。
存储RTC时钟校准寄存器，这个可以配合上面这个校准时钟输出的功能，结合一些测量方法，可以对RTC进行校准，那这两个功能实际上就是RTC的配置，设计者目前就是把这两个RTC的功能放在BKP里了。
我们使用的C8T6是中容量设备，所以可以看出BKP的容量其实非常小，一般只能用来存储少量的参数。

BKP基本结构

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BKP的基本结构，这个图中橙色部分我们可以叫做后备区域，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，后备区域供电会切换到VDD，主电源有电时VBAT不会用的，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、控制寄存器、状态寄存器和RTC时钟校准寄存器，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两个字节，那对于中容量和小容量的设备，里面有DR1、DR2一直到DR10总共十个数据寄存器，那一个寄存器存两个字节，所以容量是20个字节。总共是42个数据寄存器，容量是84个字节。
BKP功能，这里的侵入检测，可以从PC13位置的TAMPER引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引脚输出数据供外部使用，其中输出较准时钟时，再配合这个校准寄存器，可以对RTC的误差进行校准。

RTC介绍

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20位的可编程预分频器，可适配不同频率的输入时钟，保证分频器输出给计数器的频率为1Hz，计时才正确。
RTCCLK频率比较高，需要加一个分频器，来降频。加了一个20位的可编程预分频器，可以对选择的输入时钟进行1~2^20的范围分频，这可适配不同频率的输入时钟。
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H开头是高速，L开头是低速。E结尾是外部，I结尾是内部。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，看门狗使用。

RTCCLK有三个来源，第一个是OSC引脚接的HSE外部高速晶振，这个晶振是主晶振，我们一般都用的8MHZ，通过128分频可以产生RTCCLK信号，因为这个8MHz的晶振太快了，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。

中间是，时钟来源是LSE，外部低速晶振，我们在oc32这两个引脚，接上外部低速晶振，这个晶振产生的时钟，可以直接提供给RTCCLK，这个osc32的晶振，是内部RTC的专用时钟，通常跟RTC有关的晶振都是统一的数值，就是32.768KHz，一方面是32.768KHz这个值附近的频率，是晶振工艺比较合适的频率，另一方面是2的15次方等于32768，所以32.768KHz，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。

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当做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，一般精度没有外部晶振高，所以LSI给RTCCLK，l可以当做一个备选方案，另外LSI还可以提供给看门狗。

总结：
最常用的就是中间这一路，外部32.768KHz的晶振，提供RTCCLK的时钟。
第一个原因就是中间这一路，32.768KHz的晶振本身就是专供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，他们只是顺带可以备选当做RTC的时钟。
另外一个原因，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，这显然会导致走时出错。

RTC框图

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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NVIC部分，上面这一块是APB1总线读写部分，下面这块是PWR关联的部分。

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，其他未被填充的部分就是待机时不供电。

首先看分频和计数器计数部分，这一块的输入时钟是RTCCLK，RTCCLK的来源需要在所以RTCCLK进来，首先需要经过RTC预分频器进行分频，这个分频器由两个计算器组成，上面这个是重装载寄存器RTC_PRL，下面这个RTC_DIV手册里叫做余数寄存器，实际上是计数器的作用。

分频器其实就是一个计数器，记几个数溢出一次就几分频，所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的计数，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，我们写入六那就是七分频，写九那就是十分频，因为计数指包含了零。然后下面这个DIV就是每来一个时钟计一个数的用途了，当然这个DIV计数器啊是一个自减计数器，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，DIV输出一个脉冲产生溢出信号，同时DIV从PRL获取重装值，回到重装值继续自减。

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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，把这个计数器看作是Unix时间戳的秒计数器，这样借助time.h的函数，就可以很方便地得到年月日时分秒了。

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，作用是设置闹钟，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，也是这里的等号啊，如果两个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。

同时闹钟还兼具一个功能，闹钟信号可以让STM32退出待机模式，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，另外这个闹钟值是一个定值，只能响一次，所以如果你想实现周期性的闹钟，大家每次闹钟响之后都需要再重新设置下一个闹钟时间，就是这个闹钟和闹钟唤醒的一个用途。

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中断部分的，在左边这里有三个信号可以触发中断：

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。

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定义的是无符号数，到2106年才会溢出，所以这个中断在2106年会触发一次，你可以让芯片罢工，然后提示当前设备过老，请及时更换，但在2106年之后这个stm32的RTC就不太好用了。

RTC_Alarm闹钟中断，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，这一块是中断标志位和中段输出控制，这些F结尾的是对应的中断标志位，IE结尾（Interrupt ENABLE）的是中断使能，最后三个信号通过一个或门，汇聚到NVIC中断控制器。

APB1总线和APB1接口，就是程序读写寄存器的地方，读写寄存器可以通过APB1总线来完成。另外，RTC是APB1总线上的设备，
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最后下面，退出待机模式，有一个WKUP（weak up）引脚，闹钟信号，和WKUP引脚都可以唤醒设备，WKUP引脚，引脚图PA0的位置它兼具唤醒的功能。

RTC基本结构

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RTC的核心部分如图所示：

最左边是RTCCLK时钟来源，这块需要在RCC里配置，三个时钟选择一个当做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，下面还有个32位的闹钟值，可以设定闹钟，如果不需要闹钟的话，下面这一块可以不用管。
然后右边有三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，配置数据选择器，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，可以进行日期时间的读写，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，这是RTC外设的主要内容。

硬件电路

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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，使用一个3v的电池，负极和系统共地，正极直接接到stm32 的VBAT引脚。

参考来源是数据手册，在5.1.6供电方案这里就给出来这个图，图上画的是直接接一个1.8~3.6v的电池到VBAT。另外，在内部是有一个供电开关的，当VDD有电时，开关拨到下面，后备电路由VDD供电，当VDD没电时，开关拨到上面，后备电路由VBAT供电。

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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。

供电方案的参考来源是stm32的参考手册，在这个4.1.2电池备份区域其中手册里有几个建议，所以综合这两条建议，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3.3V的主电源供电，如果接了备用电池，3.3v没电时，就是备用电池供电，这是根据参考手册设计的推荐电路。

如果你只是进行实验，那使用左边的简单连接就行了，如果你要画板子设计产品，那还是推荐使用右边的连接，这样更保险。

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外部低速晶振部分，这是一个典型的晶振电路了，这里X1是一个32.768KHz的RTC晶振，这个晶振不分正负极，两端分别接在OSC32 这两个引脚上，然后这两端再分别接一个启动电容到GND，这个电路的设计，参考来源还是stm32的数据手册。

在5.3.6外部时钟源特性这里有参考电路，使用一个晶体或陶瓷谐振器产生的低速外部时钟，CL1和CL2上面这里写了，对于CL1和CL2，建议使用高质量的5pF~15pF之间的瓷介电容器，所以在这里给出的晶振电路是这样的，起振电容给的是10pF。

纽扣电池
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上图片，是备用电池，我们一般可以选择这样的3v纽扣电池，型号是CR2032，另外注意这个纽扣电池印字的这一面是正极，，然后32.768KHz的晶振。

我们可以选择这样的一个金属壳柱状体的晶振，这个晶振也是比较常见，这是32.768KHz的晶振，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。
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然后是这个是我们的最小系统板，这个板子自带的有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。

不过我们这个板子没有自带备用电池，VBAT引脚直接通过右上角的这个端口引出来了，如果需要备用电池的话，可以接，以上就是RTC的硬件电路部分。

RTC操作注意事项

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如果你要使用BKP或者RTC，都要先执行这两步，第一步开启PWR和BKP的时钟，第二步使用PWR使能BKP和RTC的访问。
这一步对应代码里的一个库函数就是RTC等待同步，一般在刚上电的时候调用一下这个函数就可以。要求我们在APB1总线刚开机时，要等一下RTCCLK，只要RTCCLK来一个上升沿，RTC把它的寄存器的值同步到APB1总线上，这样之后读取的值就都是没问题的了，这是设计细节的一个问题，只需要在初始化时调用一个等待同步的函数就行了。
这一条其实比较简单，就是RTC会有一个进入配置模式的标志位（CNF位），把这一位置1才能设置时间，其实这个操作在库函数中，每个写寄存器的函数，它都自动帮我们加上了这个操作，所以我们就不用再单独调用函数进入配置模式了。
这个操作也是调用一个等待的函数就行了，就写入之前要等待一下，如果上一次的写入还没完成，你就别急着写下一次了，或者说每次写入之后，你要等待RTOFF为1，只有RTOFF为1才表示写完成。

为什么要有这个操作呢，其实还是因为这里的PCLK1和RTCCLK时钟频率不一样，你用PCLK1的频率写入之后，这个值还不能立刻更新到RTC的寄存器里，因为RTC寄存器是由RTCCLK驱动的，所以PCLK1写完之后，得等一下RTCCLK的时钟，RTCCLK来个上升沿，值更新到RTC寄存器里，整个写作过程才算结束了。在代码里也就是调用一个等待函数的事。

手册：

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BKP备份寄存器RTC实时时钟