HC32F460 是否有 RTC？在电池供电方案中该如何使用？

发表于 2023-5-10 11:10

#申请原创# @21小跑堂
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 电源拓扑.jpg

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。
F460 PD2 模式内容.jpg

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。
F460 RTC PD2 功耗.jpg

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：
F460 wkup 组别.jpg

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。
F460 双电源切换拓扑.jpg

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：
F460 双电源设计.jpg

当然，MOS 方案需要考虑 Vgth 电压在 VDD 达到一个临界时会导致管子状态不定的问题，二极管方案需要考虑压降和自身功耗问题。
在论坛中还看到其它的一些设计，一并放到这里：
vcc和vbat 双电源切换应用.jpg

F460 在PD2模式下运行 RTC
我使用 PB02 作为唤醒脚，做了一次测试，达到预期效果，并且通过手册了解到，该 RTC 还带有硬件日历和温度补偿校准功能，不错：
实际测试 RTC PD2 效果图.png

附件为测试代码，提供给刚好有需求的朋友。

main_F460 RTC PD2 XTL32 WKUP PIN.zip (3.01 KB, 下载次数: 57)

发表于 2023-5-11 16:02

学习

发表于 2023-5-11 20:02

现在高精度RTC还是很贵啊

发表于 2023-5-16 15:12

搞不清楚为什么不单独搞个RTC电源引脚？
如果用纽扣电池给RTC供电，就变得很复杂了，要各种设置，不然纽扣电池很快没电了。

发表于 2023-5-28 10:22

没有VBAT，我直接在外部加了一个RTC

发表于 2023-6-5 13:44

appleji 发表于 2023-5-28 10:22
没有VBAT，我直接在外部加了一个RTC

要么体积很大，要么价格超高。目前看来，只有贝岭仿产的体积最小(MSOP8)。但是，还是有电路板开销。要是有CSP8,CSP9的封装就爽了。

发表于 2023-6-7 10:31

汽车电子发表于 2023-5-16 15:12
搞不清楚为什么不单独搞个RTC电源引脚？
如果用纽扣电池给RTC供电，就变得很复杂了，要各种设置，不然纽扣 ...

搞个新的RTC电源引脚，芯片模拟部分需要一个单独的电源域

发表于 2023-6-9 13:23

搞个新的RTC电源引脚，芯片模拟部分需要一个单独的电源

发表于 2023-6-10 08:28

MCU有内部RTC，不过精度和稳定性不高

发表于 2023-7-6 15:25

芯片自带的RTC和DS1302的实时时钟区别大不大

发表于 2023-7-6 15:32

HC32F460 与其他STM32系列一样，集成了RTC模块。RTC包含定时器、闹钟和日期/时间寄存器，可以提供各种时间相关的功能。

发表于 2023-7-6 15:49

HC32F460 系列微控制器具有时时钟

发表于 2023-7-6 16:02

RTC是一种具有独立供电的计时/日期模块，可提供精确的时间和日期信息。

发表于 2023-7-6 16:16

rtc具有哪些功能

发表于 2023-7-6 16:27

RTC模块支持多个闹钟功能吗？

发表于 2023-7-6 16:55

RTC能产生毫秒级的中断吗

发表于 2023-7-6 17:02

不同的具体型号和封装可能在RTC功能方面略有差异。

发表于 2023-7-6 17:12

具备实时时钟（RTC）功能。

发表于 2023-7-6 17:22

有 RTC

发表于 2023-7-6 17:44

可以实现诸如实时时钟、日历、定时器、闹钟等应用。

[技术问答] HC32F460 是否有 RTC？在电池供电方案中该如何使用？

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