【STM32】低功耗

1 什么是低功耗？

STM32的低功耗（low power mode）特性是其嵌入式处理器系列的一个重要优势，特别适用于需要长时间运行且功耗敏感的应用场景，如便携式设备、物联网设备、智能家居系统等。

在很多应用场合中都对电子设备的功耗要求非常苛刻，如某些传感器信息采集设备，仅靠小型的电池提供电源，要求工作长达数年之久，且期间不需要任何维护；由于智慧穿戴设备的小型化要求，电池体积不能太大导致容量也比较小，所以也很有必要从控制功耗入手，提高设备的续行时间。

2 STM32电源系统结构

3 低功耗模式介绍

STM32具有运行、睡眠、停止和待机四种工作模式。

上电后默认是在运行模式，当内核不需要继续运行时，可以选择后面三种低功耗模式。

3.1 睡眠模式（sleep mode）

在睡眠模式下，CPU停止工作，但所有外设（如ADC、通信接口等）仍然运行，时钟继续运转。这适用于需要暂时关闭CPU但外围设备需要继续工作的场景。

模式特点：

• 对系统影响小，但是节能效果最差。
• 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。

进入条件：

• 当系统控制寄存器中的SLEEPDEEP位被清除（通常为0），并且SLEEPONEXIT位根据需求设置时（如果设置为1，则在最低优先级中断处理程序退出时进入Sleep模式；如果为0，则执行WFI或WFE时立即进入）。
• 执行WFI（Wait For Interrupt）或WFE（Wait For Event）指令来进入。

唤醒条件：

• 任意一个中断都能将系统从Sleep模式唤醒。
• 如果执行WFE指令进入Sleep模式，则一旦发生唤醒事件时，MCU将唤醒。

3.2 停机模式（stop mode）

在停机模式下，CPU和核心外围设备的时钟会停止，但部分唤醒源（如外部中断和某些定时器）仍然运行。这适用于需要长时间等待外部事件唤醒的应用，如等待用户输入或外部信号。Stop模式实现了非常低的功耗，同时保留了SRAM和寄存器的内容。

模式特点：

• 节能效果好，程序不会复位。但恢复时间较长（比如震荡器需要重新起震等）。
• 在停机模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。
• 退出停止模式，HSI RC振荡器被选为系统时钟。

进入条件：

• 需要将SLEEPDEEP位设置为1以进入深度睡眠模式，然后通过设置电源控制/状态寄存器（PWR_CSR）中的PDDS位为0来选择进入Stop模式。
• 根据需求设置LPDS位（LPDS = 0：表示在深睡眠模式下，电压调节器保持开启状态；LPDS = 1：表示在深睡眠模式下，电压调节器进入低功耗模式）。
• 执行WFI（Wait For Interrupt）或WFE（Wait For Event）指令来进入。
• 在进入Stop模式之前，通常需要关闭不必要的外设时钟，并保存需要保留的状态信息。

唤醒条件：

• Stop模式可以通过外部中断（如按键中断、USART接收中断等）唤醒。
• RTC闹钟事件、USB唤醒、以太网（ETH）唤醒等也可以作为唤醒源，但这些通常需要通过外部中断来触发。

3.3 待机模式（standby mode）

在该模式下，CPU、外围设备和时钟都被关闭，只保留唤醒逻辑和备份寄存器。这适用于不需要保留RAM内容且可以从复位状态恢复的设备，常见于需要极低功耗且稀疏唤醒的应用。Standby模式是STM32中功耗最低的模式之一。

模式特点：

• 节能效果最好，但程序会复位，只有少数条件唤醒。
• 在Standby模式下，大部分IO引脚处于高阻态，只有复位引脚、TAMPER引脚（如果配置为防侵入或校准输出）和WKUP引脚可用作唤醒源。

进入条件：

• Standby模式进入前，需要清除电源控制/状态寄存器（PWR_CSR）中的WUF位，以确保没有未处理的唤醒标志。
• 将SLEEPDEEP位设置为1以进入深度睡眠模式，并设置PDDS位为1来选择进入Standby模式。
• 执行WFI或WFE指令进入Standby模式。

唤醒条件：

• Standby模式可以通过WKUP引脚的上升沿唤醒。
• RTC闹钟事件也可以作为唤醒源。
• 独立看门狗（IWDG）复位和NRST引脚上的外部复位也可以唤醒STM32，但这通常用于系统复位而非低功耗唤醒。

4 寄存器及库函数介绍

小实验：低功耗实验

实验目的

1. 按下按键 2 ，进入低功耗模式（睡眠、停机、待机）；
2. 按下按键 1 ，退出低功耗模式；
3. 正常模式下，LED1 闪烁；进入停机模式，LED2 长亮，退出停机模式则 LED2 熄灭。

硬件清单

• STM32
• ST-Link

完整代码

main.c

#include"sys.h"#include"uart1.h"#include"delay.h"#include"led.h"#include"uart1.h"#include"lpwr.h"#include"key.h"intmain(void){HAL_Init();/* 初始化HAL库 */stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);/* 设置时钟, 72Mhz *///LED初始化led_init();//串口1初始化uart1_init(115200);//低功耗初始化lpwr_init();printf("打印测试：hello world\r\n");uint8_ti=0;while(1){if(key_scan()==2){//进入睡眠模式//lpwr_enter_sleep();//进入停机模式//lpwr_enter_stop();//进入待机模式lpwr_enter_standby();}//200ms闪烁一次if(i%20==0){led1_toggle();}i++;delay_ms(10);}}

lpwr.c

#include"lpwr.h"#include"led.h"//低功耗初始化voidlpwr_init(void){GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;//使能GPIOB时钟__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//调用GPIO初始化函数gpio_initstruct.Pin=GPIO_PIN_0;//WEKEUP对应引脚gpio_initstruct.Mode=GPIO_MODE_IT_RISING;//上升沿触发gpio_initstruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;//高速gpio_initstruct.Pull=GPIO_PULLDOWN;//下拉HAL_GPIO_Init(GPIOA,&gpio_initstruct);//设置中断优先级HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,2,2);//使能中断HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);}//中断服务函数voidEXTI0_IRQHandler(void){//公共处理函数HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);}//进入睡眠模式voidlpwr_enter_sleep(void){//关闭滴答定时器HAL_SuspendTick();//进入低功耗睡眠模式HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON,PWR_STOPENTRY_WFI);}//进入停机模式voidlpwr_enter_stop(void){//暂停滴答定时器HAL_SuspendTick();//点亮LED2，代表进入停机模式led2_on();//进入停机模式HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON,PWR_STOPENTRY_WFI);//熄灭LED2，代表退出停机模式led2_off();//重新配置系统时钟stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);/* 设置时钟, 72Mhz */}//进入待机模式voidlpwr_enter_standby(void){//使能电源时钟（关闭电压调节器）__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();//使能WAKEUP引脚的唤醒功能HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);//清除唤醒标记，否则讲持续保持唤醒状态__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);//进入待机模式HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();//测试代码会不会运行到下面led2_on();//不会运行到这里}

lpwr.h

#ifndef__LPWR_H__#define__LPWR_H__#include"sys.h"//低功耗初始化voidlpwr_init(void);//进入睡眠模式voidlpwr_enter_sleep(void);//进入停机模式voidlpwr_enter_stop(void);//进入待机模式voidlpwr_enter_standby(void);#endif

key.c

#include"key.h"#include"delay.h"//初始化GPIOvoidkey_init(void){GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;//使能GPIOA时钟__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();//调用GPIO初始化函数gpio_initstruct.Pin=GPIO_PIN_1;//KEY1，KEY2对应引脚gpio_initstruct.Mode=GPIO_MODE_INPUT;//输入gpio_initstruct.Pull=GPIO_PULLUP;//上拉gpio_initstruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;//高速HAL_GPIO_Init(GPIOA,&gpio_initstruct);}//按键扫描函数uint8_tkey_scan(void){//检测按键2是否按下if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET){//消抖delay_ms(10);//再次判断按键是否按下if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET){//如果确实按下，那么等待按键松开while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_1)==GPIO_PIN_RESET);//返回按键值return2;}}//返回默认值return0;}

key.h

#ifndef__KEY_H__#define__KEY_H__#include"sys.h"voidkey_init(void);uint8_tkey_scan(void);#endif

led.c

#include"led.h"#include"sys.h"//初始化GBIO口函数voidled_init(void){GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;//使能GPIOB时钟__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();//调用GPIO初始化函数gpio_initstruct.Pin=GPIO_PIN_8|GPIO_PIN_9;//LED1，LED2对应引脚gpio_initstruct.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_PP;//推挽输出gpio_initstruct.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;//高速gpio_initstruct.Pull=GPIO_PULLUP;//上拉HAL_GPIO_Init(GPIOB,&gpio_initstruct);//关闭LEDHAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET);}//点亮LED1的函数voidled1_on(void){HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET);//拉低LED1引脚，点亮LED1}//熄灭LED1的函数voidled1_off(void){HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET);//拉高LED1引脚，熄灭LED1}//翻转LED1的函数voidled1_toggle(void){HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_8);//翻转LED1引脚电平}//点亮LED2的函数voidled2_on(void){HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_RESET);//拉低LED2引脚，点亮LED2}//熄灭LED2的函数voidled2_off(void){HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_9,GPIO_PIN_SET);//拉高LED2引脚，熄灭LED2}//翻转LED2的函数voidled2_toggle(void){HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_9);//翻转LED2引脚电平}

led.h

#ifndef__LED_H__#define__LED_H__//初始化GBIO口函数voidled_init(void);//点亮LED1的函数voidled1_on(void);//熄灭LED1的函数voidled1_off(void);//翻转LED1的函数voidled1_toggle(void);//点亮LED2的函数voidled2_on(void);//熄灭LED2的函数voidled2_off(void);//翻转LED2的函数voidled2_toggle(void);#endif