STM32（二十二）——时间戳、BKP备份寄存器、RTC实时时钟

一、时间戳

简介

•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

GMT/UTC

•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

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

在菜鸟教程网站中可以查看time.h

time_t mktime(struct tm*)这个是将当地时间转换为秒计数器，如果传入格林尼治时间，秒计数器对不上。

核心数据类型

系统时钟：操作系统的底层时间源，是所有时间的起点。
time_t（秒计数器） ：本质是一个整数，代表从1970 年 1 月 1 日 00:00:00 UTC（纪元时间）到当前时间所经过的秒数，是计算机内部存储时间的标准格式。
struct tm（日期时间结构体）：将时间拆解为人类可读的字段（年、月、日、时、分、秒等），便于直接操作和格式化。
char *（时间字符串）：最终输出给用户的可读文本格式

转换方式

time()获取当前系统时间
ctime()直接将 time_t 转换为默认格式的时间字符串
gmtime()将 time_t 转换为 UTC 时间 的 struct tm
localtime()将 time_t 转换为 本地时区 的 struct tm
mktime()将 struct tm 转换回 time_t（会根据本地时区计算）
asctime()将 struct tm 转换为默认格式的时间字符串
strftime()按自定义格式将 struct tm 格式化为字符串（最灵活）
若需要计算时间差，可将 struct tm 用 mktime() 转回 time_t 后直接做减法。

二、BKP备份寄存器

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）

基本结构

VBAT → 电池供电

为备份域提供独立备用电源。
当主电源 VDD 掉电时，自动切换到 VBAT 供电，保证 BKP 数据和 RTC 时钟持续运行。
若 VBAT 也断电，BKP 数据会丢失。

TAMPER → 侵入检测

防拆 / 防篡改检测引脚（通常复用 PC13）。
检测到电平跳变（上升沿 / 下降沿可配置）时，会立即清除所有 BKP 数据寄存器内容，防止敏感数据被窃取。
适用于高安全需求设备（如加密存储、门禁）。

RTC → 时钟输出

输出 RTC 相关时钟信号：可配置为 1Hz 秒脉冲、512Hz 校准时钟或闹钟脉冲。
与 BKP 共享 VBAT 供电，实现主电源掉电后仍走时。

控制寄存器：配置侵入检测触发方式、RTC 输出使能等。

状态寄存器：标记侵入事件、RTC 闹钟 / 唤醒事件。

RTC 时钟校准寄存器：微调 RTC 时钟精度，补偿晶振误差。

数据寄存器（DR）：用于存储少量关键参数（如校准值、设备序列号），掉电不丢失（VBAT 供电时）。

三、RTC实时时钟

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）

框图

RTC 预分频器
- 由 RTC_PRL（重装载寄存器）和 RTC_DIV（分频计数器）组成。
- 作用：将 RTCCLK 分频为 1Hz 的 TR_CLK（秒脉冲），驱动 32 位计数器。
- 公式：TR_CLK = RTCCLK / (RTC_PRL + 1)，例如 32.768kHz 时钟下，RTC_PRL = 32767 时输出 1Hz。
- RTC_DIV 分频计数器以上电时 RTC_PRL 寄存器配置的初始值为起点进行递减计数，每一个 RTCCLK 时钟周期计数值减 1；当计数值降至 0 时，计数器会立即重载 RTC_PRL 的值，进入下一轮递减循环。
32 位可编程计数器（RTC_CNT）
- 由 TR_CLK 驱动，每 1 秒自增 1，是 RTC 的核心计时寄存器。
- 与 RTC_ALR（闹钟寄存器）比较，当 RTC_CNT == RTC_ALR 时触发闹钟事件。
- 支持溢出中断（计数到 0xFFFFFFFF 后归 0，2106 年之后计数器溢出归零）。
RTC 控制 / 状态寄存器（RTC_CR）
- 秒中断（SECF/SECIE） ：TR_CLK 每 1 秒置位 SECF，使能 SECIE 后触发中断。
- 溢出中断（OWF/OWIE） ：计数器溢出时置位 OWF，使能后触发中断。
- 闹钟中断（ALRF/ALRIE） ：闹钟匹配时置位 ALRF，使能后触发中断。
- 三类中断通过或门汇总，最终输出到 NVIC。
唤醒与待机逻辑
- RTC_Alarm 信号可直接触发 退出待机模式。
- WKUP pin（唤醒引脚）输入 WKP_STDBY 信号，也可唤醒系统。
- 这部分电路在待机时仍由 VBAT 供电，是低功耗唤醒的关键。

基本结构图

硬件电路

备用电池供电电路

简单连接：直接将 3V 纽扣电池（B1）连接到 VBAT 引脚与地，结构最简，但无防倒灌保护。
推荐连接 ：
- 由 3V 系统电源（3V3）和备用电池（B2）双路供电，通过二极管 D1、D2 实现电源自动切换 ：
  - 系统上电时，3V3 经 D2 为 VBAT 供电，同时给电池浮充；
  - 系统掉电时，电池经 D1 为 VBAT 供电，避免电流倒灌回系统。
- 电容 C3（0.1µF）为 VBAT 提供电源滤波，抑制纹波。
核心作用：为 RTC 模块和备份寄存器（BKP）提供独立电源，保证主电源断开后计时不中断。

外部低速晶振电路

晶振 X1：32.768kHz 低速晶振，是 RTC 高精度计时的核心时钟源。
负载电容 C1/C2：各 10pF，与晶振匹配，用于起振和稳定频率，需根据晶振 datasheet 调整。
引脚连接 ：
- OSC32_IN → PC14
- OSC32_OUT → PC15
这两个引脚与 RTC 模块绑定，必须配置为 LSE（低速外部晶振）模式才能为 RTC 提供时钟。

引脚对应表

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，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
•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