【STM32】电源控制、低功耗模式（实例：待机模式）

STM32F1xx官方资料：

《STM32中文参考手册V10》-第4章4.3小节 低功耗模式

 

STM32的电源控制

STM32的电源框图

STM32的工作电压（VDD）为2.0～3.6V。通过内置的电压调节器提供所需的1.8V电源。 当主电源VDD掉电后，通过VBAT脚为实时时钟(RTC)和备份寄存器提供电源。

下面是STM32的电源框图：

注意：框图中的VDDA和VSSA必须分别联到VDD和VSS。

独立的A/D转换器供电和参考电压

为了提高转换的精确度，ADC使用一个独立的电源供电，过滤和屏蔽来自印刷电路板上的毛刺干扰。

• ADC的电源引脚为VDDA；
• 独立的电源地VSSA。

如果有VREF-引脚(根据封装而定)，它必须连接到VSSA。同时，为了确保输入为低压时获得更好精度，用户可以连接一个独立的外部参考电压ADC到VREF+和VREF-脚上。在VREF+的电压范围为2.4V～VDDA。

电池备份区域

使用电池或其他电源连接到VBAT脚上，当VDD断电时，可以保存备份寄存器的内容和维持RTC的功能。 

VBAT脚也为RTC、LSE振荡器和PC13至PC15供电，这保证当主要电源被切断时RTC能继续工作。切换到VBAT供电由复位模块中的掉电复位功能控制。 如果应用中没有使用外部电池，VBAT必须连接到VDD引脚上。

电压调节器

复位后调节器总是使能的。根据应用方式它以3种不同的模式工作：

• 运行模式：调节器以正常功耗模式提供1.8V电源（内核，内存和外设）；
• 停止模式：调节器以低功耗模式提供1.8V电源，以保存寄存器和SRAM的内容；
• 待机模式：调节器停止供电。除了备用电路和备份域外，寄存器和SRAM的内容全部丢失。

 

STM32的低功耗模式

很多单片机有低功耗模式，STM32也不例外。在系统或者电源复位后，微控制器出于运行状态之下，HCLK为CPU提供时钟，内核执行代码。当CPU不需要继续运行时，可以利用多种低功耗模式来节省功耗，例如等待某个事件触发。

低功耗模式分类

STM32有三种低功耗模式：

• 睡眠模式：Cortex-M3内核停止，所有外设包括Cortex-M3核心的外设，如NVIC、系统时钟（SysTick）等仍在运行；
• 停止模式：所有时钟都已停止。
• 待机模式：1.8V内核电源关闭。

在运行模式下，可以通过下面方式降低功耗：

• 降低系统时钟：

在运行模式下，通过对预分频寄存器进行编程，可以降低任意一个系统时钟（SYSCLK、HCLK、PCLK1、PCLK2）的速度。进入睡眠模式前，也可以利用预分频器来降低外设的时钟；

• 关闭APB和AHB总线上未被使用的外设时钟：

在运行模式下，任何时候都可以通过停止为外设和内存提供时钟（HCLK和PCLKx）来减少功耗。 为了在睡眠模式下更多地减少功耗，可在执行WFI或WFE指令前关闭所有外设的时钟。 通过设置AHB外设时钟使能寄存器 （RCC_AHBENR）、APB2外设时钟使能寄存器（RCC_APB2ENR）和APB1外设时钟使能寄存器（RCC_APB1ENR）来开关各个外设模块的时钟。

睡眠模式

在睡眠模式下，Cortex-M3内核停止，所有外设包括Cortex-M3核心的外设，如NVIC、系统时钟（SysTick）等仍在运行，也就是说：所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。

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。

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，但1.8V供电区域仍通电，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。

待机模式

待机模式可实现系统的最低功耗。该模式是在Cortex-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。

在待机模式下，所有的I/O引脚处于高阻态，除了以下的引脚：

• 复位引脚(始终有效)；
• 当被设置为防侵入或校准输出时的TAMPER引脚；
• 被使能的唤醒引脚。

 

电源控制相关配置寄存器

电源控制寄存器（PWR_CR）

作用：掉电深度睡眠位的设置（停止模式和待机模式）。

电源控制/状态寄存器（PWR_CSR）

作用：使能WKUP引脚用于待机模式唤醒、WUF唤醒标志位。

 

电源控制相关配置库函数

• 2个模式进入函数

void PWR_EnterSTOPMode(uint32_t PWR_Regulator, uint8_t PWR_STOPEntry);
void PWR_EnterSTANDBYMode(void);

作用：前者进入停机状态，后者进入待机状态。

• 2个使能函数

void PWR_WakeUpPinCmd(FunctionalState NewState);
void PWR_BackupAccessCmd(FunctionalState NewState);

作用：前者使能WK_UP引脚唤醒（正常模式下，WK_UP引脚作为普通IO口，待机模式下设置成唤醒功能），后者使能BKP后备区域访问使能。

• 2个状态位函数

FlagStatus PWR_GetFlagStatus(uint32_t PWR_FLAG);
void PWR_ClearFlag(uint32_t PWR_FLAG);

作用：前者获取电源控制的状态位，后者清除相应的状态位。

• 2个内核指令函数

__WFI();
__WFE();

作用：CM3内核的WFI（等待中断）、WFE（等待事件）指令（定义在：core_cm3.h）。

 

待机模式的一般步骤

实例要求：实现同一个引脚PA0引脚（WK_UP引脚），正常模式下，长按3秒进入待机模式；待机模式下，长按3秒待机唤醒。

• 使能电源时钟。调用函数：RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE)；
• 设置WK_UP引脚作为唤醒源。调用函数：PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE)；
• 进入待机模式。调用函数：void PWR_EnterSTANDBYMode(void)，执行设置SLEEPDEEP位，设置PDDS位，执行WFI指令。

#define WKUP_KD PAin(0)			//PA0 检测是否外部WK_UP按键按下

void Sys_Standby(void)
{  
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);	//使能PWR外设时钟
	PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE);  //使能唤醒管脚功能
	PWR_EnterSTANDBYMode();	  //进入待命（STANDBY）模式 		 
}
//系统进入待机模式
void Sys_Enter_Standby(void)
{			 
	RCC_APB2PeriphResetCmd(0X01FC,DISABLE);	//复位所有IO口
	Sys_Standby();
}
//检测WKUP脚的信号
//返回值1:连续按下3s以上
//      0:错误的触发	
u8 Check_WKUP(void) 
{
	u8 t=0;	//记录按下的时间
	LED0=0; //亮灯DS0 
	while(1)
	{
		if(WKUP_KD)
		{
			t++;			//已经按下了 
			delay_ms(30);
			if(t>=100)		//按下超过3秒钟
			{
				LED0=0;	 	//点亮DS0 
				return 1; 	//按下3s以上了
			}
		}else 
		{ 
			LED0=1;
			return 0; //按下不足3秒
		}
	}
} 
//中断,检测到PA0脚的一个上升沿.	  
//中断线0线上的中断检测


void EXTI0_IRQHandler(void)
{ 		    		    				     		    
	EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); // 清除LINE10上的中断标志位		  
	if(Check_WKUP())//关机?
	{		  
		Sys_Enter_Standby();  
	}
} 
//PA0 WKUP唤醒初始化
void WKUP_Init(void)
{	
  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;  		  
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);//使能GPIOA和复用功能时钟

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_0;	 //PA.0
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IPD;//上拉输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	//初始化IO
    //使用外部中断方式
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0);	//中断线0连接GPIOA.0

  EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;	//设置按键所有的外部线路
	EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;			//设外外部中断模式:EXTI线路为中断请求
	EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;  //上升沿触发
 	EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);	// 初始化外部中断

	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn; //使能按键所在的外部中断通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //先占优先级2级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; //从优先级2级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能外部中断通道
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器

	if(Check_WKUP()==0) Sys_Standby();    //不是开机,进入待机模式  
	
}

 int main(void)
 {	 
  
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
	uart_init(115200);	 	//串口初始化为115200
 	LED_Init();			     //LED端口初始化	 	
	WKUP_Init(); //待机唤醒初始化
	LCD_Init();	 //LCD初始化
	POINT_COLOR=RED;
	 
	LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Warship STM32");	
	LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"WKUP TEST");	
	LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
	LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2014/1/14");
	 
	while(1)
	{
		LED0=!LED0;
		delay_ms(250);
	}
 }

STM32控制程序分析

WKUP_Init()函数：初始化GPIO、外部中断等准备工作。

由于WK_UP键有两个功能：正常模式下，长按3秒进入待机模式；待机模式下，长按3秒退出待机模式。

本案例中的实现是：

• 正常模式下，将WK_UP键设置成外部中断，一旦按下，进入中断处理函数，在中断处理函数中进行3秒的时间判断是否进入待机模式；

void WKUP_Init(void)
{	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);//使能GPIOA和复用功能时钟

	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =GPIO_Pin_0;	 //PA.0
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode =GPIO_Mode_IPD;//上拉输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	//初始化IO
        //使用外部中断方式
	GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0);	//中断线0连接GPIOA.0

	EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);	// 初始化外部中断

	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器
	
}

void EXTI0_IRQHandler(void)
{ 		    		    				     		    
	EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); // 清除LINE10上的中断标志位		  
	if(Check_WKUP())//关机?
	{		  
		Sys_Enter_Standby();  
	}
} 

• 待机模式下，设置WK_UP键用来退出待机模式，一旦按下，退出待机模式，重新执行main主函数，在主函数中进行3秒的时间判断，如果没有3秒，重新进入待机模式，否则继续正常执行。

void WKUP_Init(void)
{	
        //初始化过程
	if(Check_WKUP()==0) Sys_Standby();    //不是开机,进入待机模式  
	
}

而其中进入待机模式的程序代码块，就是之前的待机模式的一般步骤：

void Sys_Standby(void)
{  
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);	//使能PWR外设时钟
	PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE);  //使能唤醒管脚功能
	PWR_EnterSTANDBYMode();	  //进入待命（STANDBY）模式 		 
}