STM32-電源控制、低功耗模式

STM32的電源控制

STM32的電源框圖

STM32的工作電壓（VDD）為2.0～3.6V。通過內置的電壓調節器提供所需的1.8V電源。 當主電源VDD掉電后，通過VBAT腳為實時時鍾(RTC)和備份寄存器提供電源。

下面是STM32的電源框圖：

注意：框圖中的VDDA和VSSA必須分別聯到VDD和VSS。

獨立的A/D轉換器供電和參考電壓

為了提高轉換的精確度，ADC使用一個獨立的電源供電，過濾和屏蔽來自印刷電路板上的毛刺干擾。

• ADC的電源引腳為VDDA；
• 獨立的電源地VSSA。

如果有VREF-引腳(根據封裝而定)，它必須連接到VSSA。同時，為了確保輸入為低壓時獲得更好精度，用戶可以連接一個獨立的外部參考電壓ADC到VREF+和VREF-腳上。在VREF+的電壓范圍為2.4V～VDDA。

電池備份區域

使用電池或其他電源連接到VBAT腳上，當VDD斷電時，可以保存備份寄存器的內容和維持RTC的功能。 

VBAT腳也為RTC、LSE振盪器和PC13至PC15供電，這保證當主要電源被切斷時RTC能繼續工作。切換到VBAT供電由復位模塊中的掉電復位功能控制。 如果應用中沒有使用外部電池，VBAT必須連接到VDD引腳上。

電壓調節器

復位后調節器總是使能的。根據應用方式它以3種不同的模式工作：

• 運行模式：調節器以正常功耗模式提供1.8V電源（內核，內存和外設）；
• 停止模式：調節器以低功耗模式提供1.8V電源，以保存寄存器和SRAM的內容；
• 待機模式：調節器停止供電。除了備用電路和備份域外，寄存器和SRAM的內容全部丟失。

 

STM32的低功耗模式

很多單片機有低功耗模式，STM32也不例外。在系統或者電源復位后，微控制器出於運行狀態之下，HCLK為CPU提供時鍾，內核執行代碼。當CPU不需要繼續運行時，可以利用多種低功耗模式來節省功耗，例如等待某個事件觸發。

低功耗模式分類

STM32有三種低功耗模式：

• 睡眠模式：Cortex-M3內核停止，所有外設包括Cortex-M3核心的外設，如NVIC、系統時鍾（SysTick）等仍在運行；
• 停止模式：所有時鍾都已停止。
• 待機模式：1.8V內核電源關閉。

在運行模式下，可以通過下面方式降低功耗：

• 降低系統時鍾：

在運行模式下，通過對預分頻寄存器進行編程，可以降低任意一個系統時鍾（SYSCLK、HCLK、PCLK1、PCLK2）的速度。進入睡眠模式前，也可以利用預分頻器來降低外設的時鍾；

• 關閉APB和AHB總線上未被使用的外設時鍾：

在運行模式下，任何時候都可以通過停止為外設和內存提供時鍾（HCLK和PCLKx）來減少功耗。 為了在睡眠模式下更多地減少功耗，可在執行WFI或WFE指令前關閉所有外設的時鍾。 通過設置AHB外設時鍾使能寄存器 （RCC_AHBENR）、APB2外設時鍾使能寄存器（RCC_APB2ENR）和APB1外設時鍾使能寄存器（RCC_APB1ENR）來開關各個外設模塊的時鍾。

睡眠模式

在睡眠模式下，Cortex-M3內核停止，所有外設包括Cortex-M3核心的外設，如NVIC、系統時鍾（SysTick）等仍在運行，也就是說：所有的I/O引腳都保持它們在運行模式時的狀態。

該模式喚醒所需的時間最短，因為沒有時間損失在中斷的進入或退出上。

停止模式

停止模式是在Cortex™-M3的深睡眠模式基礎上結合了外設的時鍾控制機制，在停止模式下電壓調節器可運行在正常或低功耗模式。此時在1.8V供電區域的的所有時鍾都被停止，但1.8V供電區域仍通電，PLL、HSI和HSE RC振盪器的功能被禁止，SRAM和寄存器內容被保留下來。

在停止模式下，所有的I/O引腳都保持它們在運行模式時的狀態。

待機模式

待機模式可實現系統的最低功耗。該模式是在Cortex-M3深睡眠模式時關閉電壓調節器。整個1.8V供電區域被斷電。PLL、HSI和HSE振盪器也被斷電。SRAM和寄存器內容丟失。只有備份的寄存器和待機電路維持供電。

在待機模式下，所有的I/O引腳處於高阻態，除了以下的引腳：

• 復位引腳(始終有效)；
• 當被設置為防侵入或校准輸出時的TAMPER引腳；
• 被使能的喚醒引腳。

 

電源控制相關配置寄存器

電源控制寄存器（PWR_CR）

作用：掉電深度睡眠位的設置（停止模式和待機模式）。

電源控制/狀態寄存器（PWR_CSR）

作用：使能WKUP引腳用於待機模式喚醒、WUF喚醒標志位。

 

電源控制相關配置庫函數

• 2個模式進入函數

1.  
   void PWR_EnterSTOPMode(uint32_t PWR_Regulator, uint8_t PWR_STOPEntry);
2.  
   void PWR_EnterSTANDBYMode(void);

作用：前者進入停機狀態，后者進入待機狀態。

• 2個使能函數

1.  
   void PWR_WakeUpPinCmd(FunctionalState NewState);
2.  
   void PWR_BackupAccessCmd(FunctionalState NewState);

作用：前者使能WK_UP引腳喚醒（正常模式下，WK_UP引腳作為普通IO口，待機模式下設置成喚醒功能），后者使能BKP后備區域訪問使能。

• 2個狀態位函數

1.  
   FlagStatus PWR_GetFlagStatus(uint32_t PWR_FLAG);
2.  
   void PWR_ClearFlag(uint32_t PWR_FLAG);

作用：前者獲取電源控制的狀態位，后者清除相應的狀態位。

• 2個內核指令函數

1.  
   __WFI();
2.  
   __WFE();

作用：CM3內核的WFI（等待中斷）、WFE（等待事件）指令（定義在：core_cm3.h）。

 

待機模式的一般步驟

實例要求：實現同一個引腳PA0引腳（WK_UP引腳），正常模式下，長按3秒進入待機模式；待機模式下，長按3秒待機喚醒。

• 使能電源時鍾。調用函數：RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE)；
• 設置WK_UP引腳作為喚醒源。調用函數：PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE)；
• 進入待機模式。調用函數：void PWR_EnterSTANDBYMode(void)，執行設置SLEEPDEEP位，設置PDDS位，執行WFI指令。

#define WKUP_KD PAin(0) //PA0 檢測是否外部WK_UP按鍵按下

1.  
   void Sys_Standby(void)
2.  
   {
3.  
   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE); //使能PWR外設時鍾
4.  
   PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE); //使能喚醒管腳功能
5.  
   PWR_EnterSTANDBYMode(); //進入待命（STANDBY）模式
6.  
   }
7.  
   //系統進入待機模式
8.  
   void Sys_Enter_Standby(void)
9.  
   {
10.  
    RCC_APB2PeriphResetCmd( 0X01FC,DISABLE); //復位所有IO口
11.  
    Sys_Standby();
12.  
    }
13.  
    //檢測WKUP腳的信號
14.  
    //返回值1:連續按下3s以上
15.  
    // 0:錯誤的觸發
16.  
    u8 Check_WKUP( void)
17.  
    {
18.  
    u8 t= 0; //記錄按下的時間
19.  
    LED0= 0; //亮燈DS0
20.  
    while(1)
21.  
    {
22.  
    if(WKUP_KD)
23.  
    {
24.  
    t++; //已經按下了
25.  
    delay_ms( 30);
26.  
    if(t>=100) //按下超過3秒鍾
27.  
    {
28.  
    LED0= 0; //點亮DS0
29.  
    return 1; //按下3s以上了
30.  
    }
31.  
    } else
32.  
    {
33.  
    LED0= 1;
34.  
    return 0; //按下不足3秒
35.  
    }
36.  
    }
37.  
    }
38.  
    //中斷,檢測到PA0腳的一個上升沿.
39.  
    //中斷線0線上的中斷檢測
40.  
     
41.  
     
42.  
    void EXTI0_IRQHandler(void)
43.  
    {
44.  
    EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); // 清除LINE10上的中斷標志位
45.  
    if(Check_WKUP())//關機?
46.  
    {
47.  
    Sys_Enter_Standby();
48.  
    }
49.  
    }
50.  
    //PA0 WKUP喚醒初始化
51.  
    void WKUP_Init(void)
52.  
    {
53.  
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
54.  
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
55.  
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
56.  
     
57.  
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); //使能GPIOA和復用功能時鍾
58.  
     
59.  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_0; //PA.0
60.  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IPD; //上拉輸入
61.  
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化IO
62.  
    //使用外部中斷方式
63.  
    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0); //中斷線0連接GPIOA.0
64.  
     
65.  
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0; //設置按鍵所有的外部線路
66.  
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; //設外外部中斷模式:EXTI線路為中斷請求
67.  
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising; //上升沿觸發
68.  
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
69.  
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); // 初始化外部中斷
70.  
     
71.  
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn; //使能按鍵所在的外部中斷通道
72.  
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //先占優先級2級
73.  
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; //從優先級2級
74.  
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中斷通道
75.  
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根據NVIC_InitStruct中指定的參數初始化外設NVIC寄存器
76.  
     
77.  
    if(Check_WKUP()==0) Sys_Standby(); //不是開機,進入待機模式
78.  
     
79.  
    }

1.  
   int main(void)
2.  
   {
3.  
    
4.  
   delay_init(); //延時函數初始化
5.  
   NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //設置中斷優先級分組為組2：2位搶占優先級，2位響應優先級
6.  
   uart_init( 115200); //串口初始化為115200
7.  
   LED_Init(); //LED端口初始化
8.  
   WKUP_Init(); //待機喚醒初始化
9.  
   LCD_Init(); //LCD初始化
10.  
    POINT_COLOR=RED;
11.  
     
12.  
    LCD_ShowString( 30,50,200,16,16,"Warship STM32");
13.  
    LCD_ShowString( 30,70,200,16,16,"WKUP TEST");
14.  
    LCD_ShowString( 30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
15.  
    LCD_ShowString( 30,110,200,16,16,"2014/1/14");
16.  
     
17.  
    while(1)
18.  
    {
19.  
    LED0=!LED0;
20.  
    delay_ms( 250);
21.  
    }
22.  
    }

STM32控制程序分析

WKUP_Init()函數：初始化GPIO、外部中斷等准備工作。

由於WK_UP鍵有兩個功能：正常模式下，長按3秒進入待機模式；待機模式下，長按3秒退出待機模式。

本案例中的實現是：

• 正常模式下，將WK_UP鍵設置成外部中斷，一旦按下，進入中斷處理函數，在中斷處理函數中進行3秒的時間判斷是否進入待機模式；

1.  
   void WKUP_Init(void)
2.  
   {
3.  
   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE); //使能GPIOA和復用功能時鍾
4.  
    
5.  
   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_0; //PA.0
6.  
   GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IPD; //上拉輸入
7.  
   GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化IO
8.  
   //使用外部中斷方式
9.  
   GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0); //中斷線0連接GPIOA.0
10.  
     
11.  
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); // 初始化外部中斷
12.  
     
13.  
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根據NVIC_InitStruct中指定的參數初始化外設NVIC寄存器
14.  
     
15.  
    }

1.  
   void EXTI0_IRQHandler(void)
2.  
   {
3.  
   EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); // 清除LINE10上的中斷標志位
4.  
   if(Check_WKUP())//關機?
5.  
   {
6.  
   Sys_Enter_Standby();
7.  
   }
8.  
   }

• 待機模式下，設置WK_UP鍵用來退出待機模式，一旦按下，退出待機模式，重新執行main主函數，在主函數中進行3秒的時間判斷，如果沒有3秒，重新進入待機模式，否則繼續正常執行。

1.  
   void WKUP_Init(void)
2.  
   {
3.  
            //初始化過程
4.  
   if(Check_WKUP()==0) Sys_Standby(); //不是開機,進入待機模式
5.  
    
6.  
   }

而其中進入待機模式的程序代碼塊，就是之前的待機模式的一般步驟：

1.  
   void Sys_Standby(void)
2.  
   {
3.  
   RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE); //使能PWR外設時鍾
4.  
   PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE); //使能喚醒管腳功能
5.  
   PWR_EnterSTANDBYMode(); //進入待命（STANDBY）模式
6.  
   }

    

    

    

    

   重要：在待機模式下，PA0喚醒，reset重跑main 按下按鍵3s，需要判斷標志位，不然在待機模式下斷電后重啟，會無法正常：

   代碼：PWR_GetFlagStatus (PWR_FLAG_SB)。