HC32F460 是否有 RTC？在电池供电方案中该如何使用？

只看该作者 · 2023-5-10 11:10

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背景
RTC ，学名实时时钟芯片，它是日常生活中应用较为广泛，不管是消费类还是工业类的电子产品基本都要求带有时钟、日历或闹钟功能，它为人们提供精确的实时时间,或者为电子系统提供精确的时间基准,实时时钟芯片大多采用精度较高的晶体振荡器作为时钟源。有些时钟芯片为了在主电源掉电时，还可以工作，需要外加电池供电。从我了解，现在越来越多的 mcu 芯片中就带有 RTC 了，叫做芯片内置 RTC，并且用起来跟独立的时钟芯片效果相差无几（当然一份价格一分货，贵点的时钟芯片都比一颗单片机价格超出一大截）。最近在用 HC32F60PETB 这颗芯片做项目，通过选型手册了解到该 MCU 同样是带有 RTC 的，细看手册发现它并无 VBAT 引脚，那么它是如何实现该有的功能呢？细看手册，记录如下。

F460 电源域
HC32F460 系列MCU在芯片上有一个内部实时时钟，它与其他制造商的备份域电源设计方法不同。我们可以从下面的图片中了解整个芯片内部的电源拓扑结构。可以看出，RTC的电源也是VCC而不是VBAT引脚。因此，为了保持RTC正常工作，有必要始终向VCC引脚供电，无论是来自电池还是其他外部电源，因此该类型的内置 RTC 也叫做非断电型 RTC MCU。

F460 低功耗模式下运行 RTC
以上描述已经非常确认这个单片机的 RTC 是可以正常使用的，但也许还会有疑问“如何在低功率模式下保持RTC”。通过用户手册得知，F460 有多种低功率模式，其中一种是断电模式，断电模式又分为PD1到PD4。我们可以使用PD2低功率模式，因为在这种模式下，RTC 可以保持正常运行，同时功耗可以保持在较低的水平。

我们可以通过下表了解RTC在PD2模式下与外部低速晶体振荡器一起工作时的功耗。比起带有 VBAT 引脚的芯片，这种模式下功耗确实稍微偏大了些，但好在应用场景是由电池供电的时间占比不会很高，所以可以接受该功耗值。

由于用到了低功耗模式，那么接下来我们还需要了解如何通过单片机的功能引脚将其从PD2模式中唤醒，通过以下2图可以得知，一共有多个唤醒引脚组别且都在数据手册引脚表中有注明：

双电源自动切换方案
最后，我将展示拓扑方案，说明 F460 MCU 如何在双电源（3v电池和外部3.3v电源）下动态切换电源，并在这些条件下保持RTC正常运行，以及自动进入低功率模式和唤醒。

上面拓扑图中供电用的主板会不定期地被拔开来，使得 F460 子板必须得由电池供电。在固件设计时，主循环中有必要不断地去读取唤醒引脚的电平状态，如果它被读取为低电平，则表明主板的电源已经断开。此时，电池已通电，是时候主动进入PD2模式了。在进入PD2模式之前，除了将其它没用到的引脚设置为确定电平状态，还有必要正确配置唤醒引脚上升沿触发唤醒的功能。在主板断电期间，包括RTC在内的整个MCU由电池持续供电，并在PD2模式下运行。主板连接到3.3V电源后，唤醒引脚将发生上升沿变化，因此会自动唤醒MCU，唤醒后，MCU将正常复位，复位标志为 PDRF。整个过程来来回回。另外，从系统的健壮性考量，还需要设计电池低电量监测功能，可以使用 PVD 来做，也可以单独再加一路电池分压电路到 AD 通道去，监测到电压掉到一定阈值后说明需要更换电池了，此时由于操作上带来的电源电压突然掉下将会引发 POR 复位，RTC 同样就需要重新置位了。
以下是更加具体化的电路设计图，可以作为参考：