STM32速成笔记（十三）—低功耗模式

2023-10-30 159

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简介： 本文介绍了三种STM32低功耗模式的进入和退出方法，针对待机唤醒给出了程序设计。

🎀 文章作者：二土电子
🐸 期待大家一起学习交流！

一、STM32低功耗模式介绍

STM32提供了一些低功耗模式。默认情况下，系统复位或上电复位后，微控制器进入运行模式。在运行模式下，HCLK 为CPU提供时钟，并执行程序代码。当 CPU 不需要继续运行(例如等待外部事件) 时，可以利用多种低功耗模式来节省功耗。

STM32 提供了 3 种低功耗模式，以达到不同层次的降低功耗的目的

睡眠模式（内核停止工作，外设仍在运行）
停止模式（所有时钟都停止）
待机模式（ 1.8 V 内核电源关闭）

这三种模式所需的功耗是逐级递减，也就是说待机模式功耗是最低的。

在睡眠模式中，仅关闭了内核时钟，内核停止运行，但其片上外设，CM3 核心的外设全都照常运行。在停止模式中，进一步关闭了其它所有的时钟，于是所有的外设都停止了工作，但由于其 1.8V 区域的部分申源没有关闭，还保留了内核的寄存器、内存的信息，所以从停止模式唤醒，并重新开启时钟后，还可以从上次停止处继续执行代码。在待机模式中，它除了关闭所有的时钟，还把 1.8V 区域的电源也完全关闭了，也就是说，从待机模式唤醒后，由于没有之前代码的运行记录，只能对芯片复位，重新检测BOOT条件，从头开始执行程序。

另外，在运行模式下也可以通过降低系统时钟，关闭APB和AHB总线上未被使用的外设时钟来降低功耗。

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二、睡眠模式

2.1 进入睡眠模式

通过执行WFI或WFE指令进入睡眠状态。根据Cortex-M3系统控制寄存器中的SLEEPONEXIT位的值，有两种选项可用于选择睡眠模式进入机制

SLEEP-NOW
如果SLEEPONEXIT位被清除，当WRI或WFE被执行时，微控制器立即进入睡眠模式。
SLEEP-ON-EXIT
如果SLEEPONEXIT位被置位，系统从最低优先级的中断处理程序中退出时，微控制器就立即进入睡眠模式。

在睡眠模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。

2.2 退出睡眠模式

如果执行WFI指令进入睡眠模式，任意一个被嵌套向量中断控制器（NVIC）响应的外设中断都能将系统从睡眠模式唤醒。也就是任意一个外部中断都可以唤醒。

如果执行WVFE指令进入睡眠模式，则一旦发生唤醒事件时，微处理器都将从睡眠模式退出。唤醒事件可以通过下述方式产生

在外设控制寄存器中使能一个中断，而不是在NVIC(嵌套向量中断控制器)中使能，并且在Cortex-M3系统控制寄存器中使能SEVONPEND位。当MCU从WFE中唤醒后，外设的中断挂起位和外设的NVIC中断通道挂起位(在NVIC中断清除挂起寄存器中)必须被清除。
配置一个外部或内部的EXIT线为事件模式。当MCU从WFE中唤醒后，因为与事件线对应的挂起位未被设置，不必清除外设的中断挂起位或外设的NVIC中断通道挂起位。

该模式唤醒所需的时间最短，因为没有时间损失在中断的进入或退出上。

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三、停止模式

停止模式是在Cortex-M3的深睡眠模式基础上结合了外设的时钟控制机制，在停止模式下电压调节器可运行在正常或低功耗模式。此时在1.8V供电区域的的所有时钟都被停止，PLL、HSI和HSE RC振荡器的功能被禁止，SRAM和寄存器内容被保留下来。

在停止模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。

3.1 进入停止模式

在停止模式下，通过设置电源控制寄存器(PWR CR)的LPDS位使内部调节器进入低功耗模式能够降低更多的功耗。

如果正在进行闪存编程，直到对内存访问完成，系统才进入停止模式。如果正在进行对APB的访问，直到对APB访问完成，系统才进入停止模式。在停止模式下，如果在进入该模式前ADC和DAC没有被关闭，那么这些外设仍然消耗电流。通过设置寄存器ADC CR2的ADON位和寄存器DAC CR的ENx位为0可关闭这2个外设。

3.2 退出停止模式

当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时，HSI RC振荡器被选为系统时钟。当电压调节器处于低功耗模式下，当系统从停止模式退出时，将会有一段额外的启动延时。如果在停止模式期间保持内部调节器开启，则退出启动时间会缩短，但相应的功耗会增加。

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四、待机模式

待机模式可实现系统的最低功耗。该模式是在Corex-M3深睡眠模式时关闭电压调节器。整个1.8V供电区域被断电。PLL、HSI和HSE振荡器也被断电。SRAM和寄存器内容丢失。只有备份的寄存器和待机电路维持供电。

待机模式的进出方法如下

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五、程序设计

这里介绍一下进入待机模式并唤醒的程序设计。配置进入待机模式有以下步骤

使能PWR外设时钟
使能唤醒管脚
进入待机模式

库函数中提供了进入待机模式的函数

/**
 * @brief  Enters STANDBY mode.
 * @param  None
 * @retval None
  */
void PWR_EnterSTANDBYMode(void)
{
   
   
  /* Clear Wake-up flag */
  PWR->CR |= PWR_CR_CWUF;
  /* Select STANDBY mode */
  PWR->CR |= PWR_CR_PDDS;
  /* Set SLEEPDEEP bit of Cortex System Control Register */
  SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP;
/* This option is used to ensure that store operations are completed */
#if defined ( __CC_ARM   )
  __force_stores();
#endif
  /* Request Wait For Interrupt */
  __WFI();
}

使能唤醒管脚的函数

/**
  * @brief  Enables or disables the WakeUp Pin functionality.
  * @param  NewState: new state of the WakeUp Pin functionality.
  *   This parameter can be: ENABLE or DISABLE.
  * @retval None
  */
void PWR_WakeUpPinCmd(FunctionalState NewState)
{
   
   
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));
  *(__IO uint32_t *) CSR_EWUP_BB = (uint32_t)NewState;
}

测试代码如下

int main(void)
{
   
   
    Med_Mcu_Iint();   // 系统初始化

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);   // 使能PWR外设时钟
    PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE);   // 使能唤醒管脚    使能或者失能唤醒管脚功能

    while(1)
  {
   
   
        printf ("Time: 5 \r\n");
        delay_ms(1000);

        printf ("Time: 4 \r\n");
        delay_ms(1000);

        printf ("Time: 3 \r\n");
        delay_ms(1000);

        printf ("Time: 2 \r\n");
        delay_ms(1000);

        printf ("Time: 1 \r\n");
        delay_ms(1000);

        printf ("进入待机模式\r\n");
        PWR_EnterSTANDBYMode();   // 进入待机模式
    }
}