STM32入门教程：BKP备份寄存器 & RTC实时时钟详解

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适用平台：STM32F103C8T6 开发环境：Keil5 + 标准库函数

前言

做项目的时候，你有没有遇到过这种需求：单片机断电重启后，想要记住上一次设置的某个参数？比如密码、校准值、或者一个计数器的值？用Flash存当然可以，但Flash有擦写次数限制，而且操作麻烦。这时候，BKP备份寄存器就派上用场了。

再说另一个场景：你想做一个电子时钟，要求断电后时间还能继续走，下次上电显示的是当前真实时间，而不是从0开始。这时候就需要RTC实时时钟。

BKP和RTC这两个模块在STM32里是"绑"在一起的，它们都工作在后备区域，都有独立的电池供电。这篇文章我就结合江科大的课程笔记，把这两个东西从原理到应用彻底讲清楚。

一、BKP备份寄存器

1.1 BKP是什么？

BKP（Backup Registers） 就是备份寄存器，说白了，它就是单片机里一小块特殊的RAM，用来存用户数据。但它和普通RAM最大的区别是：掉电不丢失。

我的理解：你可以把BKP想象成单片机的"记事本小纸条"。主电源断了，它靠纽扣电池续命；你按复位键重启了，它上面的字还在。只有你把TAMPER引脚（PC13）接到一个检测电路上，有人拆机打开外壳触发了侵入检测，它才会"销毁证据"把数据清空。这个设计在安防领域很有用。

1.2 BKP的基本结构

BKP基本结构框图

从框图里可以清楚地看到BKP的三大外部接口：

内部核心是数据寄存器（DR），每个DR都是16位的。中容量芯片有DR1~DR10共10个，能存20个字节。对于STM32F103C8T6这种中容量芯片来说，20个字节存个密码、存个设备ID、存几个标志位，完全够用了。

二、RTC实时时钟

2.1 RTC是什么？

RTC（Real Time Clock） 实时时钟，就是一个独立的定时器，专门用来给系统提供时间和日历功能。

RTC的几个关键特性：

• 独立工作：RTC和它的时钟配置寄存器都在后备区域，有自己独立的时钟源

• 掉电保持：VDD(2.0~3.6V)断电后，VBAT（1.8~3.6V）继续给RTC供电，时钟继续走

• 32位计数器：RTC_CNT是一个32位可编程计数器，可以把它当成Unix时间戳的秒计数器来用

• 20位预分频器：RTC_PRL是预分频重装寄存器，可以把不同频率的输入时钟分频成1Hz

• 闹钟功能：RTC_ALR是32位闹钟值，当CNT == ALR时产生闹钟中断

我的理解：RTC本质上就是一个"超级定时器"。普通定时器（TIM）主电源断了就停了，RTC有"备用电池"这个外挂，所以能一直跑。32位计数器最大能计到 0xFFFFFFFF，换算成秒大约是136年，所以你根本不用担心它溢出。预分频器的作用就是把32.768KHz这种"高频"时钟，分频成1Hz（每秒一个脉冲），这样CNT每加1就代表过了1秒。

2.2 RTC的三种时钟源

RTC的时钟源可以选择三种：

重点说一下LSE：32.768KHz这个频率选得特别巧妙，因为 32768 = 2^15。RTC的20位预分频器设置重装值为 32768-1 = 32767 时，正好分频得到1Hz。而且外部低速晶振（如下图的圆柱形银色晶振）频率稳定，温漂小，是做时钟的最佳选择。

2.3 RTC框图与基本结构

简化的RTC框图

RTC基本结构

把这两张图结合起来看，RTC的工作流程就很清晰了：

第一步：时钟源选择 HSE/128、LSE、LSI 三选一，经过多路选择器输出 RTCCLK。

第二步：预分频 RTCCLK 进入预分频器，RTC_PRL 存放分频重装值，RTC_DIV 是余数寄存器（当前分频计数）。当DIV减到0时，输出一个 TR_CLK（通常是1Hz）。

第三步：32位计数器计数 TR_CLK 的每个上升沿让 RTC_CNT 加1。CNT就是当前的秒计数器。

第四步：中断与闹钟

• 秒中断：每个TR_CLK周期产生一次（每秒一次）

• 溢出中断：CNT从0xFFFFFFFF回到0时产生

• 闹钟中断：当 CNT == ALR 时产生，同时可以唤醒待机模式

第五步：NVIC中断管理 三种中断信号经过RTC_CR控制寄存器中的中断使能位（SECIE、OWIE、ALRIE），最终汇总到NVIC。

注意框图中的两个小字："待机时不供电" 和 "待机时维持供电"。APB1接口和NVIC在主电源断电后是不工作的，但预分频器、计数器、闹钟值这些核心模块由VBAT维持供电，所以时间不会停。

我的理解：RTC的设计非常像"沙漏"。预分频器就是那个控制沙流速率的阀门（把32.768KHz变成1Hz），CNT就是下面接沙子的容器（每秒钟多一粒沙）。ALR闹钟就是你设定的目标重量，到了就响铃。而APB1总线只是你"看"沙漏的窗口，你断电了窗口黑了，但沙子还在流。

三、硬件电路

3.1 备用电池供电

 硬件电路连接

看左边的"备用电池供电"部分：

• 简单连接：VBAT直接接3V电池正极，电池负极接地。这种接法有个问题：主电源3.3V和电池同时存在时，可能会有电流倒灌。

• 推荐连接：通过二极管D1、D2做"或门"供电。VDD（3.3V）经过D2降压后到VBAT，电池B2经过D1到VBAT。谁电压高谁供电。C3是滤波电容。这样主电源有电时电池不耗电，主电源断了电池无缝接管。

3.2 外部低速晶振电路

晶振X1（32.768KHz）跨接在PC14（OSC32_IN）和PC15（OSC32_OUT）之间，两个引脚各接一个10pF的负载电容到地。这是标准的皮尔斯振荡电路。

我的理解：VBAT这个设计真的很妙。你想想看，如果没有VBAT，每次断电重启时间都要重新设置，那电子时钟就没法用了。纽扣电池一般能用好几年，因为RTC功耗极低（微安级）。我建议大家做项目时一定用推荐连接的二极管方案，不要直接把电池焊在VBAT上，否则电池寿命会大打折扣。

四、RTC操作注意事项（重点！）

4.1 使能访问权限（第一步必须做）

要对BKP和RTC进行任何操作，必须先完成以下两步：

为什么需要这两步？ 因为后备区域是"敏感地带"，为了防止程序跑飞时误改写RTC和BKP，STM32默认把它们锁起来了。你必须先开时钟，再设置DBP位，才能解锁。

4.2 等待寄存器同步

如果APB1接口之前被禁用过，在读取RTC寄存器前，必须等待RSF位（Register Synchronized Flag）被硬件置1。

由于RTC时钟（32.768KHz）和APB1时钟（36MHz）是异步的，APB1读RTC寄存器时需要等待同步，否则读到的可能是旧数据。

4.3 进入配置模式

必须设置RTC_CRL寄存器中的CNF位（Configuration Flag），使RTC进入配置模式后，才能写入RTC_PRL、RTC_CNT、RTC_ALR这三个核心寄存器。

这是硬件层面的保护机制。CNF=1时，RTC核心暂停计数，允许修改配置；CNF=0时，RTC正常运行。

4.4 等待写操作完成

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_CRL寄存器中的RTOFF位（RTC Operation OFF）来判断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。

因为RTC时钟很慢（32.768KHz），而APB1时钟很快（36MHz），写RTC寄存器需要好几个RTC时钟周期才能真正生效。如果连续快速写入，后面的数据会覆盖前面的，导致配置错误。

风险说明：这四步如果漏了任何一步，RTC要么初始化失败，要么时间不准，要么写不进去。特别是解除写保护（DBP）和等待RTOFF，是很多新手最容易踩的坑。

五、总结表格

写这篇文章的时候，我把江科大的视频又回顾了一遍，对照着《STM32F10xxx参考手册》把RTC的框图重新梳理了一次。说实话，RTC这个章节知识点比较杂，BKP和RTC的关系、三种时钟源的选择、预分频器的计算、那四个操作注意事项，刚开始学的时候很容易搞混。

但只要你抓住一条主线——"RTC是一个用32.768KHz晶振驱动、经过32768分频得到1Hz、用32位计数器记录秒数的独立定时器"——其他的细节就都能串起来了。BKP则是RTC的"好邻居"，共享后备区域和VBAT供电，用来存一些掉电不能丢的小数据。

📌 开发环境：Keil5 + STM32F103C8T6最小系统板 + ST-Link 📌 参考资料：江科大STM32入门教程、《STM32F10xxx参考手册》 📌 前置文章：江科大STM32入门：Unix时间戳详解

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