基于CW32系列MCU實現(xiàn)電池備份(VBAT)功能

前言

電池備份（VBAT）功能的實現(xiàn)方法，一般是使用 MCU 自帶的 VBAT 引腳，通過在該引腳連接鈕扣電池，當系統(tǒng)電源因故掉電時，保持 MCU 內(nèi)部備份寄存器內(nèi)容和 RTC 時間信息不會丟失。

本文檔介紹了如何基于 CW32 系列 MCU，通過增加簡單的外部電路配合軟件實現(xiàn) VBAT 功能，在系統(tǒng)電源掉電后仍能保持 RTC 時鐘正常計時，以及如何降低系統(tǒng)功耗，從而延長后備電池的使用壽命。

1 電路設(shè)計

對于自帶 VBAT 引腳的 MCU，MCU 內(nèi)部有對 VBAT 電源和系統(tǒng)電源的管理單元，保證在系統(tǒng)電源掉電后，及時切換 VBAT 引腳電源給備份域供電，保證 RTC 正常工作。

對于沒有 VBAT引腳的 CW32，要實現(xiàn)類似的功能，可以在外部進行后備帶電池和系統(tǒng)電源的切換，如下圖所示：

后備電池（B1）提供的備用電源 VBAT 和系統(tǒng)電源 VDDIN 通過 2 個肖特基二極管（D1）合路，合路后的電源 VDD 給 MCU 的數(shù)字域 DVCC 和模擬域 AVCC 進行供電。系統(tǒng)電源 VDDIN 通過 R3、R4 電阻分壓得到WAKEIO 信號，連接到 MCU 的 IO 引腳。注意遵循如下規(guī)則：

1. Vwakeio 要大于 MCU IO 口的 Vih；

2. VDDIN 必須高于 Vb1 在 0.4V 以上，否則如果 VDDIN 和 Vb1 相等，在系統(tǒng)電源正常時，后備電池也會有一定的泄放電流，不利于節(jié)省后備電池電量。

2 程序設(shè)計

程序啟動后正常初始化時鐘、IO、RTC 以及 OELD，循環(huán)中檢測系統(tǒng)電源是否存在，如存在則讀取 RTC 時間并顯示。

當系統(tǒng)電源 VDDIN 因故掉電，則關(guān)閉 OLED 電源，并進入 DeepSleep 低功耗睡眠模式。

當系統(tǒng)電源 VDDIN 恢復供電時，產(chǎn)生高電平中斷，喚醒 MCU，退出 DeepSleep 低功耗睡眠模式。

3 參考代碼

int32_t main(void)

{

RCC_Configuration();?????// 時鐘配置

GPIO_Configuration();????//GPIO配置

OLED_Init();?????????//OLED顯示屏初始化配置

dis_err("RTC_TestBoard");?? // 顯示

FirmwareDelay(5000000);??// 增加延時防止過早休眠影響程序燒寫

RTC_init();??????????//RTC時鐘初始化

//DeepSleep 喚醒時，保持原系統(tǒng)時鐘來源

RCC_WAKEUPCLK_Config(RCC_SYSCTRL_WAKEUPCLKDIS);

ShowTime();???????// 獲取時間數(shù)據(jù)

displaydatetime();????// 顯示當前時間

while(1)

{

if( 0==PB05_GETVALUE() )? // 循環(huán)檢測是否掉電

{

PA05_SETHIGH();???// 關(guān) OLED 電源

SCB->SCR = 0X04;??//DeepSleep

__WFI();???????//MCU 進入DeepSleep模式以節(jié)省功耗

OLED_Init();?????// 外部電源接入后喚醒，重新初始化 OLED

}

else

{

ShowTime();??????// 獲取時間數(shù)據(jù)

displaydatetime();???// 顯示當前時間

}

}

}

void GPIO_Configuration(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct= {0};

__RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();???????? // 開 GPIOB 時鐘

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

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;??// 輸入模式

GPIO_InitStruct.Pins = GPIO_PIN_5 ;????//PB05，連接 WAKEIO 網(wǎng)絡(luò)

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

GPIOB_INTFLAG_CLR(bv5);????????// 清除 PB05 中斷標志

NVIC_EnableIRQ(GPIOB_IRQn);??????// 使能 PB05 中斷

}

4 實際測試

使用 CW32L031C8T6 設(shè)計了用于測試后備電池功能的評估板，實物如下圖所示：

使用 3V 的 CR2032 鈕扣電池，實測電池電壓為 3.14V；VDDIN 使用可調(diào)節(jié)數(shù)字電源，設(shè)置為 3.54V，保證VDDIN >= Vb1 + 0.4V；D1 實測合路后的電源電壓為 3.21V。

4.1 測試數(shù)據(jù)

實際測試時，斷開 J4 跳線接入萬用表，設(shè)置萬用表為電流測試檔位。

1. 關(guān)閉 VDDIN 電源輸入，MCU 檢測到無外電輸入，關(guān)閉 OLED 顯示，進入 DeepSleep 模式，實測此時B1 電流為 +0.95μA。

2. 打開 VDDIN電源輸入，MCU被高電平中斷從 DeepSleep狀態(tài)喚醒到正常狀態(tài)，OLED正常顯示當前時間，實測此時 B1 電流為 -75nA（負電流是因為 D1 處于反向偏置狀態(tài)，有小的反向漏電流）。

測試結(jié)果符合電路設(shè)計預(yù)期，以 CR2032 電池容量為 200mAH 計算，則電池可用時間為 210526 小時，合計24 年（不考慮電池和產(chǎn)品壽命），可實現(xiàn)超長待機時間，完全滿足各種低功耗產(chǎn)品對 RTC 后備電池容量需求。

5 附件

5.1 RTC_TestBoard 單板原理圖

關(guān)于武漢芯源半導體

武漢芯源半導體有限公司，于2018年8月28日成立，是上市公司武漢力源信息技術(shù)股份有限公司全資子公司，專注芯片的設(shè)計、研發(fā)、銷售及技術(shù)服務(wù)。武漢芯源半導體CW品牌源于Creative Wisdom首字母CW，傳遞“創(chuàng)芯源于智慧”的品牌理念。

武漢芯源半導體為電子行業(yè)用戶提供微處理器MCU、小容量存儲芯片EEPROM、功率器件SJ-MOSFET等系列產(chǎn)品，具有產(chǎn)品質(zhì)量保證、技術(shù)性能可靠、供貨能力穩(wěn)定三大競爭優(yōu)勢。

在MCU領(lǐng)域目前已推出通用高性能CW32F003/030系列、安全低功耗CW32L083/031/052系列、無線射頻CW32W031系列產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于消費電子、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、醫(yī)療電子以及汽車電子行業(yè)，未來將能夠滿足更多的市場需求。

武漢芯源半導體持續(xù)進行技術(shù)革新，確保穩(wěn)定可靠的供應(yīng)鏈能力，致力于成為***產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)航者！

審核編輯：湯梓紅