STM32单片机BKP备份寄存器和RTC实时时钟详解

文章目录

1. Unix时间戳

2. UTC/GMT

3. 时间戳转换

4. BKP简介

5. BKP基本结构

6. RTC简介

7. RTC框架图

8. RTC基本结构

9. 代码示例

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1. Unix时间戳

实时时钟，本质上是一个定时器，专门用来产生年月日时分秒。

Unix 时间戳（Unix Timestamp）定义为从UTC/GMT的1970年1月1日0时0分0秒开始所经过的秒数，不考虑闰秒。

时间戳是一个计数器数值，从1970年1月1日0时0分0秒开始，到现在总共所经过的秒数。

时间戳存储在一个秒计数器中，秒计数器为32位/64位的整型变量。

世界上所有时区的秒计数器相同，不同时区通过添加偏移来得到当地时间。

2. UTC/GMT

GMT（Greenwich Mean Time）格林尼治标准时间是一种以地球自转为基础的时间计量系统。它将地球自转一周的时间间隔等分为24小时，以此确定计时标准。

UTC（Universal Time Coordinated）协调世界时是一种以原子钟为基础的时间计量系统。它规定铯133原子基态的两个超精细能级间在零磁场下跃迁辐射9,192,631,770周所持续的时间为1秒。当原子钟计时一天的时间与地球自转一周的时间相差超过0.9秒时，UTC会执行闰秒来保证其计时与地球自转的协调一致。

3. 时间戳转换

C语言的time.h模块提供了时间获取和时间戳转换的相关函数，可以方便地进行秒计数器、日期时间和字符串之间的转换。

函数	作用
time_t time(time_t*);	获取系统时钟
struct tm* gmtime(const time_t*);	秒计数器转换为日期时间（格林尼治时间）
struct tm* localtime(const time_t*);	秒计数器转换为日期时间（当地时间）
time_t mktime(struct tm*);	日期时间转换为秒计数器（当地时间）
char* ctime(const time_t*);	秒计数器转换为字符串（默认格式）
char* asctime(const struct tm*);	日期时间转换为字符串（默认格式）
size_t strftime(char*, size_t, const char*, const struct tm*);	日期时间转换为字符串（自定义格式）

4. BKP简介

BKP（Backup Registers）备份寄存器，本质上就是RAM储存器。

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）。

手册建议：

• 如果没有外部电池，建议VBAT引脚接到VDD，就是VBAT和主电源接到一起，并且再连接一个100nf的滤波电容

5. BKP基本结构

STM32后备区域的特性：

• 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，后备区域供电会自动从VBAT切换到VDD。

数据寄存器：

• 16位（存储2个字节）。
• 中小容量设备有DR1~DR10，总共10个数据寄存器，每个寄存器存储2个字节，总容量为20字节。
• 大容量和互联型设备有42个数据寄存器（DR）。

TAMPER引脚：

• 用于引入检测信号（上升沿/下降沿），清除BKP所有内容以保证数据安全。

时钟输出：

• 可以将RTC相关时钟从PC13位置的RTC引脚输出供外部使用。
• 输出校准时钟时，可以配合校准寄存器对RTC的误差进行校准。

6. 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。

RTCCLK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）

时钟信号解释

• HSE = 高速外部时钟信号
• HSI = 高速内部时钟信号
• LSI = 低速内部时钟信号
• LSE = 低速外部时钟信号
• H (High)：高速，L (Low)：低速，E (External)：外部，I (Internal)：内部

使用说明

1. 高速时钟：一般供内部程序运行和主要外设使用。
2. 低速时钟：一般供RTC、看门狗等东东使用。
3. 只有选择LSE振荡器时钟，才能实现RTC主电源掉电继续走时的功能。

7. RTC框架图

可编程预分频器：

• RTC_CNT每秒自增，因此驱动计数器的时钟 TR_CLK 需要是1Hz的信号。实际提供RTC模块的时钟（RTCCLK）频率较高，因此RTCCLK经过20位RTC预分频器（1~2^20分频），保证输出给计数器的频率为1Hz。
• 灰色填充区域均是后备区域。

分频和计数：

• 输入时钟RTCCLK，经过RTC预分频器（由重装载寄存器RTC_PRL和余数寄存器RTC_DIV控制），计数器重装值ARR和CNT进行分频。

RTC_CNT：

• 可以作为Unix时间戳的秒计数器，再借用time.h的函数可以方便地得到年月日时分秒。

闹钟寄存器RTC_ALR：

• 32位寄存器，用来设置闹钟。设置闹钟时，将ALR写入一个秒数，当CNT的值等于ALR设定的闹钟值时，就会产生RTC_Alarm闹钟信号。通过中断系统，在闹钟中断里执行相应操作。
• 同时，闹钟信号可以让STM32退出待机模式。
• 此外，这个闹钟值是一个定值，只能响一次。若想实现周期闹钟，在每次闹钟响过后，都需要重新设置下一次闹钟时间。

中断信号

• RTC_Second（秒中断）：来自于CNT的输入时钟。开启此中断后，程序会每秒进入一次RTC中断。
• RTC_Overflow（溢出中断）：来自CNT右边，表示CNT的32位计数器计满溢出时触发一次中断。
• RTC_Alarm（闹钟中断）：当计数器的值和闹钟值相等时触发中断，同时可以唤醒设备退出待机模式。

中断标志位和中断输出控制

• **F（Flag）**结尾的是对应的中断标志位。
• **IE（Interrupt Enable）**结尾的是中断使能。
• 最后三个信号通过一个或汇聚到NVIC中断控制器。

APB1总线和APB1接口

• 程序读写寄存器的地方可以通过APB1总线完成，RTC位于APB1总线上的设备。

退出待机模式：唤醒机制

• 闹钟信号和WKUP引脚都可以唤醒设备，退出待机模式。

8. RTC基本结构

RTCCLK的配置和信号处理流程

时钟来源配置

• 最左边的RTCCLK时钟来源在RCC中配置，可以从三个时钟中选择一个作为RTCCLK。

时钟预分频

• 选择的RTCCLK经过预分频器对时钟进行分频。
• 余数计数器是一个自减计数器，存储当前的计数值。
• 重装寄存器决定计数目标和分频值。
• 分频后得到1Hz的秒计数信号，传递给32位计数器，每秒自增一次。

闹钟设定

• 32位计数器下有一个32位的闹钟值，可以设定闹钟时间。

中断信号触发

• 右侧有三个信号可以触发中断：秒信号、计数器溢出信号和闹钟信号。
• 这三个信号通过中断输出控制，进行中断使能。
• 启用的中断信号才能传递到NVIC，然后向CPU申请中断。

程序配置步骤

配置数据选择器：选择RTCCLK时钟来源。

配置重装寄存器：选择分频系数。

配置32位计数器

• 进行日期时间的读写。
• 如果需要闹钟，配置32位闹钟值。

配置中断

• 启用中断，再配置NVIC。
• 最后，编写对应的中断函数。

9. 代码示例

STM32读写备份寄存器和实时时钟

STM32读写备份寄存器和实时时钟-CSDN博客