STM32单片机入门学习——第42节: [12-2] BKP备份寄存器RTC实时时钟

写这个文章是用来学习的,记录一下我的学习过程。希望我能一直坚持下去,我只是一个小白,只是想好好学习,我知道这会很难，但我还是想去做！

本文写于：2025.04.19

前言

   本次笔记是用来记录我的学习过程,同时把我需要的困难和思考记下来,有助于我的学习，同时也作为一种习惯,可以督促我学习,是一个激励自己的过程,让我们开始32单片机的学习之路。
   欢迎大家给我提意见,能给我的嵌入式之旅提供方向和路线，现在作为小白,我就先学习32单片机了,就跟着B站上的江协科技开始学习了.
   在这里会记录下江协科技32单片机开发板的配套视频教程所作的实验和学习笔记内容，因为我之前有一个开发板,我大概率会用我的板子模仿着来做.让我们一起加油！
   另外为了增强我的学习效果：每次笔记把我不知道或者问题在后面提出来,再下一篇开头作为解答！

开发板说明

   本人采用的是慧净的开发板,因为这个板子是我N年前就买的板子,索性就拿来用了。另外我也购买了江科大的学习套间。
   原理图如下
1、开发板原理图

2、STM32F103C6和51对比

3、STM32F103C6核心板

视频中的都用这个开发板来实现,如果有资源就利用起来。另外也计划实现江协科技的套件。

下图是实物图

引用

【STM32入门教程-2023版 细致讲解 中文字幕】
还参考了下图中的书籍:
STM32库开发实战指南：基于STM32F103（第2版）

数据手册

解答和科普

一、BKP备份寄存器

VBAT：备用电池供电；正极3.3V，负极共地。VBAT和主电源接在一起，并且再连接一个100nF的滤波电容。
PC13-TAMPER-RTC共用一个引脚，2号引脚，可以先加入一个默认的上拉或者下拉电阻，别人拆开你的设备，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， 另外主电源断电后，侵入检测仍然有效。
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
PC13-TAMPER-RTC，这三个功能，同一时间只能使用一个。
BKP（20个字节）

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主电源上电后，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。
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。

二、RTC实时时钟

32位的可编程计数器，可对应Unix时间戳的秒计数器，在读取时间时，先读取这个秒数，然后使用time.h模块的localtime函数，就可以得到年月日时分秒的信息了。在写入时间时，先填充年月日时分秒信息到struct tm结构体，然后用mktime函数，得到秒数，再写入到这个32位计数器即可，这样操作这个秒数计数器的思路就清晰了。

因为时间戳的设计，只需要一个32位计数器寄存器就行了，不需要年月日，小时分钟的寄存器了，都不需要再设计了。硬件也不需要考虑大月小月、平年闰年，直接秒一直加，软件就要进行计算了。
驱动时钟需要是1Hz的信号，但是实际提供给RTC模块的时钟，也就是RTCCLK，一般频率都比较高，所以我们显然要在这里加一个分频器，给RTCCLK降频率，保证分频器输出给计数器的频率为1Hz，为了适配各种RTCCLK,就加了一个20位分频器。1~ 2^20分频。

可选择三种RTC时钟源：
HSE时钟除以128（通常为8MHz/128） 为了分频到1hz。
LSE振荡器时钟（通常为32.768KHz） 自然移出1Hz
LSI振荡器时钟（40KHz）

本身就是专供的RTC时钟，LSE振荡器时钟（通常为32.768KHz），可以通过VBAT供电。


RTC时钟可以唤醒设备，退出待机模式。有灰色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，另外还写了，这些模块在待机时都会继续维持供电。有关睡眠、停机、待机，这些低功耗相关的内容，下节学PWR的时候再细讲。
首先，看分频和计数计时部分，这一块的输入时钟是RTCCLK，RTCCLK的来源需要再RCC里进行配置，可选择的选项是这三个，主要选择中间这一路。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，上面这个是重装寄存器RTC_PRL,下面这个是，RTC_DIV,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，可能是右边已经有了一个计数器CNT了，所以就比较奇怪，叫做余数寄存器。但实际上它还是计数器的作用。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，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，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，就是技术目标，写入6，那就是7分频；因为计数值包含了0，所以写入几，那就是几+1分频，这个和定时器是一样的；下面这个DIV就是每来一个时钟计一个数的用途了，是一个自减计数器，每来一个时钟，DIV的值自减一次，自减到0，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，比如是32.768KHz，32768HZ,为了分频得到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，然后继续自减，直到变为0，然后再来一个时钟，产生一个脉冲。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，分频后的时钟频率是1HZ,t提供给后面的秒计数器。计数计数部分，32位可编程计数器RTC_CNT，就是计时最核心的部分，可以把这个计数器看作是Uinx时间戳的秒计数器，这样借用tim.h的函数，就可以很方便地的到年月时分秒了。这个下面，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，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，这时候就会产生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，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，需要在环境恶劣的地方工作，比如高原、海底、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，就可以使用这个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。闹钟是个定值只能响一次，所以如果你想实现周期性的闹钟，那在每次闹钟响之后，都需要重新设置一下下一个闹钟时间，这就是闹钟和闹钟唤醒的一个用途。

在往右边看，这就是中断部分了，左边这里有3个信号可以触发中断，第一个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（2106年）。第三个RTC_Alarm，闹钟中断，当计数值和闹钟值相等时，触发中断，同时，闹钟信号可以把设备从待机模式唤醒，好，这就是三个中断信号，中断信号到右边，这一块是中断标志位和中断输出控制，IE是中断使能，F结尾是对应的中断标志位，最后3个信号通过一个或门，汇聚到NVIC中断控制器。

APB1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WKUP引脚，都可以唤醒设备。

最左边是RTCCLK时钟来源，这一块需要在RCC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，余数计数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，可以设定闹钟，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。

电路设计可以看看参考手册。

第一步，设置RCC_APB1ENR的PWREN和BKPEN，使能PWR和BKP时钟；
第二步，设置PWR_CR的DBP，使能对BKP和RTC的访问。
对应库函数，等待RTC同步：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，因为是RTCCLK的时钟，PCL1的频率，与RTCCLK时钟不同步，读出的通常是0，要等一下RTCCLK来一个上升沿，只有有一个上升沿，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。
配置标志位：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。
调用一个等待函数，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，还是因为PCLK1和RTCCLK时钟频率不一样，你用PCLK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的时钟来一个上升沿，值更新到RTC寄存器里，整个写入过程才算结束。

CNT自增，相较于分频器重装的时机是慢了一个RTCCLK时钟的，之后CNT一直增呀增，直到等于4,此时CNT等于闹钟值，闹钟信号的触发时机，是在CNT=4期间的末尾时刻，和秒信号的上升沿一起的。然后闹钟标志位也会在此刻置1挂起。开启中断，则会进入中断，在中断函数里，由软件清除这个闹钟标志位。

16位的寄存器：

问题

总结

本节课主要是了解BKP备份寄存器，实现掉电不丢失，还有RTC实时时钟的操作。