基于CW32系列MCU实现电池备份(VBAT)功能

前言

电池备份（VBAT）功能的实现方法，一般是使用 MCU 自带的 VBAT 引脚，通过在该引脚连接钮扣电池，当系统电源因故掉电时，保持 MCU 内部备份寄存器内容和 RTC 时间信息不会丢失。

本文档介绍了如何基于 CW32 系列 MCU，通过增加简单的外部电路配合软件实现 VBAT 功能，在系统电源掉电后仍能保持 RTC 时钟正常计时，以及如何降低系统功耗，从而延长后备电池的使用寿命。

1 电路设计

对于自带 VBAT 引脚的 MCU，MCU 内部有对 VBAT 电源和系统电源的管理单元，保证在系统电源掉电后，及时切换 VBAT 引脚电源给备份域供电，保证 RTC 正常工作。

对于没有 VBAT引脚的 CW32，要实现类似的功能，可以在外部进行后备带电池和系统电源的切换，如下图所示：

后备电池（B1）提供的备用电源 VBAT 和系统电源 VDDIN 通过 2 个肖特基二极管（D1）合路，合路后的电源 VDD 给 MCU 的数字域 DVCC 和模拟域 AVCC 进行供电。系统电源 VDDIN 通过 R3、R4 电阻分压得到WAKEIO 信号，连接到 MCU 的 IO 引脚。注意遵循如下规则：

1. Vwakeio 要大于 MCU IO 口的 Vih；

2. VDDIN 必须高于 Vb1 在 0.4V 以上，否则如果 VDDIN 和 Vb1 相等，在系统电源正常时，后备电池也会有一定的泄放电流，不利于节省后备电池电量。

2 程序设计

程序启动后正常初始化时钟、IO、RTC 以及 OELD，循环中检测系统电源是否存在，如存在则读取 RTC 时间并显示。

当系统电源 VDDIN 因故掉电，则关闭 OLED 电源，并进入 DeepSleep 低功耗睡眠模式。

当系统电源 VDDIN 恢复供电时，产生高电平中断，唤醒 MCU，退出 DeepSleep 低功耗睡眠模式。

3 参考代码

int32_t main(void)

{

RCC_Configuration();     // 时钟配置

GPIO_Configuration();    //GPIO配置

OLED_Init();         //OLED显示屏初始化配置

dis_err("RTC_TestBoard");   // 显示

FirmwareDelay(5000000);  // 增加延时防止过早休眠影响程序烧写

RTC_init();          //RTC时钟初始化

//DeepSleep 唤醒时，保持原系统时钟来源

RCC_WAKEUPCLK_Config(RCC_SYSCTRL_WAKEUPCLKDIS);

ShowTime();       // 获取时间数据

displaydatetime();    // 显示当前时间

while(1)

{

if( 0==PB05_GETVALUE() )  // 循环检测是否掉电

{

PA05_SETHIGH();   // 关 OLED 电源

SCB->SCR = 0X04;  //DeepSleep

__WFI();       //MCU 进入DeepSleep模式以节省功耗

OLED_Init();     // 外部电源接入后唤醒，重新初始化 OLED

}

else

{

ShowTime();      // 获取时间数据

displaydatetime();   // 显示当前时间

}

}

}

void GPIO_Configuration(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct= {0};

__RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();         // 开 GPIOB 时钟

GPIO_InitStruct.IT = GPIO_IT_RISING;    // 使能上升沿中断

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;  // 输入模式

GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_5 ;    //PB05，连接 WAKEIO 网络

GPIO_Init(CW_GPIOB, &GPIO_InitStruct);  // 初始化 IO

GPIOB_INTFLAG_CLR(bv5);        // 清除 PB05 中断标志

NVIC_EnableIRQ(GPIOB_IRQn);      // 使能 PB05 中断

}

4 实际测试

使用 CW32L031C8T6 设计了用于测试后备电池功能的评估板，实物如下图所示：

使用 3V 的 CR2032 钮扣电池，实测电池电压为 3.14V；VDDIN 使用可调节数字电源，设置为 3.54V，保证VDDIN >= Vb1 + 0.4V；D1 实测合路后的电源电压为 3.21V。

4.1 测试数据

实际测试时，断开 J4 跳线接入万用表，设置万用表为电流测试档位。

1. 关闭 VDDIN 电源输入，MCU 检测到无外电输入，关闭 OLED 显示，进入 DeepSleep 模式，实测此时B1 电流为 +0.95μA。

2. 打开 VDDIN电源输入，MCU被高电平中断从 DeepSleep状态唤醒到正常状态，OLED正常显示当前时间，实测此时 B1 电流为 -75nA（负电流是因为 D1 处于反向偏置状态，有小的反向漏电流）。

测试结果符合电路设计预期，以 CR2032 电池容量为 200mAH 计算，则电池可用时间为 210526 小时，合计24 年（不考虑电池和产品寿命），可实现超长待机时间，完全满足各种低功耗产品对 RTC 后备电池容量需求。

5 附件

5.1 RTC_TestBoard 单板原理图

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