STM32F103 Stop模式低功耗实战：从原理到例程的完整避坑指南

简介：STM32F103停止模式低功耗测试例程，基于金龙107开发板，面向嵌入式开发者及低功耗产品设计者。例程演示通过电源控制寄存器配置进入停止模式，并用外部中断或定时器事件唤醒，涵盖时钟配置、外设时钟关闭、IO口低功耗处理及唤醒后系统恢复等完整流程，保留静态存储器和寄存器内容以便快速恢复。压缩包共143个文件，大小2.44MB，以C语言源码和头文件为主，搭配工程文件、可执行文件及映射文件等调试信息，可直接编译烧录并按需修改。已有1254人学习该资源。代码内包含循环进出停止模式的测试逻辑，便于测量电流消耗和验证唤醒可靠性，同时提供调试打印接口，可跟踪模式切换过程。整体模块划分清晰，初始化、低功耗处理、唤醒服务相互独立，易于移植到电池供电等功耗敏感场景，帮助开发者快速掌握低功耗设计要点，也可作为学习STM32电源管理的实用参考。 最近在做一款电池供电的低功耗产品，stm32f103的stop模式测试例程来回折腾了不少时间。stop模式算是实际项目里用得最多的一种低功耗模式——CPU停转、全部时钟关断，但SRAM和寄存器内容还在，功耗能从正常运行时的几十毫安直接掉到微安级别，对依赖电池供电的设备来说这是最关键的设计手段之一。

如果你正在做低功耗仪表、便携设备或者需要“休眠-唤醒”工作流的项目，这篇例程实测总结会帮你少走不少弯路。我会从stop模式的基本原理讲起，给出完整的测试代码和实测数据，再把我踩过的坑全部摊开来说，包括唤醒后时钟恢复、EXTI电平选择、调试器对电流测量的干扰这些平时文档里不会写的细节。

1. stop模式在低功耗设计里的定位

1.1 为什么是stop模式，而不是睡眠或待机

先用一张表把STM32F103的三种低功耗模式看清楚，选型的时候就不会纠结。

睡眠模式对省电来说基本是“洒洒水”，因为外设还在跑，电流根本压不下去。待机模式虽然最省电，但SRAM内容全没，唤醒后等于冷启动，如果设备需要保留运行状态（比如计数值、通信配置、传感器校准参数），待机就直接不适用了。

stop模式正好卡在中间：电流能到微安级，RAM和寄存器数据还在，唤醒时间也快。设备从stop模式恢复后，能继续执行进入stop之前的代码，不需要重新走一遍初始化逻辑，这在很多需要“接着干”的场景里太方便了。这也是我这次测试例程选择stop模式的核心原因。

1.2 stop模式内部到底发生了什么

官方参考手册里对stop模式的描述很简单：所有时钟都被停止，包括HSE、HSI和PLL，但是SRAM、寄存器内容和1.8V区域的模拟部分保持供电。这里有个常被忽略的点——PWR_EnterSTOPMode函数参数里可以选择电压调节器的工作模式。

• PWR_Regulator_ON：电压调节器保持正常模式，唤醒速度快，但静态电流稍微高一点。
• PWR_Regulator_LowPower：电压调节器进入低功耗模式，电流更低，但唤醒后需要一段稳定时间，时钟恢复稍慢。

我的测试例程里用的是LowPower模式，因为目标是压功耗。如果设备对唤醒后的响应速度非常敏感，比如要在微秒级内处理紧急事件，我建议用ON模式实测对比一下，差距通常在几十微秒之内，但电流差异可能有好几微安。

另外一个关键点是，stop模式唤醒后系统时钟不会自动恢复到进入前的状态。因为HSE和PLL都停了，唤醒后如果不重新配置时钟，MCU会一直跑在HSI 8MHz下，波特率、定时器周期全都错乱，这也是后面要着重处理的问题。

2. 测试前的软硬件准备

2.1 开发板与最小系统设计要点

我用的是一块很常见的STM32F103C8T6最小系统板，蓝色那种。板上的晶振是8MHz，复位电路、boot跳线都有了，做低功耗测试不需要额外改造。如果你是自己画的板子，有几点必须注意。

首先是VDD和VDDA的滤波电容，一定要靠近芯片引脚放，否则进入stop模式后电源纹波可能造成异常唤醒或者电流偏高。其次是NRST引脚不要悬空，最近测试发现NRST受干扰时会导致MCU随机复位，低功耗模式下这个问题会被放大，因为系统对复位更敏感。最后是BOOT0引脚，必须用10kΩ左右电阻下拉到GND，不能直接悬空。

测量工具方面，我建议准备一个能测微安级的万用表，我在用的是一块四位半的台式万用表，串联到电源回路里测电流。如果没有高精度表，也可以在回路里串一个1Ω的精密采样电阻，用示波器或万用表mV档测压降，换算成电流，这个方法在观察睡眠-唤醒的瞬态波形时尤其好用。

2.2 开发环境与标准外设库配置

这版例程基于标准外设库V3.5（STM32F10x_StdPeriph_Lib），IDE用的是Keil MDK 5。虽然现在ST主推HAL库和STM32CubeMX，但F103的标准库资料最多、参考代码最好找，而且低功耗寄存器操作逻辑一目了然，做这种底层功耗测试反而更直观。

新建工程的时候记得在预定义符号里加上STM32F10X_MD（中等容量）和USE_STDPERIPH_DRIVER，不然编译会报错。文件结构上我习惯把低功耗相关的代码单独放到一个lowpower.c里，主程序留一个入口就行，这样后续移植其他项目也比较干净。

工程里需要引入几个核心外设库文件：misc.c（NVIC配置）、stm32f10x_rcc.c（时钟管理）、stm32f10x_gpio.c（引脚控制）、stm32f10x_usart.c（串口调试）、stm32f10x_exti.c（外部中断唤醒）、stm32f10x_pwr.c（低功耗模式函数）。STOP模式本身只需要PWR和RCC的支持，但测试例程里为了实现完整的“按键进入-中断唤醒-串口打印状态”链路，这几个外设库都跑不了。

2.3 测试例程的功能设计

这个例程想验证三件事：能不能正常进入stop模式、功耗是否达到预期、外部中断能不能可靠唤醒。所以整个流程设计成：

1. 上电后LED点亮，串口打印“System Started”。
2. 按一次按键，LED熄灭，系统进入stop模式。
3. 再按同一个按键，EXTI触发唤醒，LED重新点亮，串口打印“Wakeup from STOP Mode”。
4. 循环执行，每次进入前重新初始化时钟和外设，验证唤醒后系统工作的稳定性。

硬件连接上，按键接PA0（对应EXTI0），LED接PB12，串口1的TX/RX接到USB转串口工具。PA0默认要接上拉电阻到3.3V，按键另一端接地，这样按下时引脚拉低，产生下降沿触发的EXTI中断。

3. 测试例程的完整实现

3.1 时钟与GPIO初始化

进入stop模式之前的所有外设初始化，和普通程序是一样的。但有一个细节需要注意：在进入stop前，要把不用的外设时钟全部关闭，否则这些外设会继续消耗电流，导致实测功耗偏高。

void RCC_Configuration(void) { ErrorStatus HSEStartUpStatus; RCC_DeInit(); RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON); HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp(); if (HSEStartUpStatus == SUCCESS) { RCC_HCLKConfig(RCC_SYSCLK_Div1); RCC_PCLK1Config(RCC_HCLK_Div2); RCC_PCLK2Config(RCC_HCLK_Div1); FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2); FLASH_PrefetchBufferCmd(FLASH_PrefetchBuffer_Enable); RCC_PLLConfig(RCC_PLLSource_HSE_Div1, RCC_PLLMul_9); RCC_PLLCmd(ENABLE); while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET) {} RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK); while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08) {} } RCC_APB2PeriphClockCmd(LED_GPIO_CLK | KEY_GPIO_CLK | RCC_APB2Periph_AFIO | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE); RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE); }

GPIO初始化时要重点处理按键引脚。PA0作为EXTI输入，需要配置成上拉输入，同时打开AFIO时钟并复用EXTI映射。LED引脚直接配置成推挽输出就行。

void GPIO_Configuration(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED_GPIO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(LED_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY_GPIO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; GPIO_Init(KEY_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure); }

注意：配置EXIT之前，必须调用GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0)，不然外部中断不会触发。这个函数依赖AFIO时钟，所以RCC配置时别漏了RCC_APB2Periph_AFIO。

3.2 EXTI唤醒源配置

外部中断是这个例程的唤醒触发器。EXTI0对应的中断通道是EXTI0_IRQn，中断服务函数是EXTI0_IRQHandler。配置时要把优先级分组、占先优先级、子优先级都设置好，同时保证中断是在进入stop模式之前就配置完成的。

void EXTI_Configuration(void) { EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure; GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOA, GPIO_PinSource0); EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0; EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Falling; EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE; EXTI_Init(&EXTI_InitStructure); EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); } void NVIC_Configuration(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); } void EXTI0_IRQHandler(void) { if (EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) { EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0); } }

关于下降沿还是上升沿触发，这是一个小考点。如果按键默认接上拉到高、按下接地，进stop前按键是松开状态，按下时产生下降沿，所以用Falling。如果换成了低电平触发模式，会在按下期间一直触发中断，可能导致系统反复唤醒，所以实际项目里我喜欢用边沿触发，一个沿只唤醒一次，后面在软件里再做消抖处理。

3.3 进入stop模式与唤醒后的恢复流程

核心操作就一句PWR_EnterSTOPMode，但前后要做的准备工作直接影响整个测试的成败。

void Enter_StopTest(void) { printf("Entering STOP Mode...\r\n"); Delay(10); // 进入stop前关闭LED，避免额外电流消耗 GPIO_ResetBits(LED_GPIO_PORT, LED_GPIO_PIN); // 进入stop模式 PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI); // 唤醒后从这里继续执行 // 关键：先把系统时钟恢复过来，再做外设重新初始化 SystemInit(); RCC_Configuration(); GPIO_Configuration(); EXTI_Configuration(); NVIC_Configuration(); GPIO_SetBits(LED_GPIO_PORT, LED_GPIO_PIN); printf("Wakeup from STOP Mode!\r\n"); }

这里PWR_STOPEntry_WFI表示用WFI指令等待中断唤醒。如果你用的是WFE方式，唤醒条件会多一些，一般测试例程都建议用WFI，逻辑更简单。

唤醒后第一步是重新执行SystemInit()和时钟配置，这点极其关键。我最早测试的时候偷懒没恢复时钟，结果唤醒后LED和串口全都不正常，串口打的字符全是乱码。原因是主频从72MHz掉到了8MHz，串口波特率计算全部错位。

还有一个细节是串口外设的重新初始化。stop模式不丢失外设寄存器配置，理论上串口配置还在，但实际上唤醒后我见过好几次串口状态异常的情况，原因和时钟恢复时序有关。保险起见，唤醒后把需要用的外设全部重新初始化一遍，代码多一点，但可靠性高很多。

4. 实测数据与结果分析

4.1 测量方法和仪器选择

测低功耗电流不是随便拿个万用表就能测准的。市面上常见的九块九万用表，电流档内阻大、分辨率低，测出来到1mA级别就差不多了，想看看微安级的差异基本看个零。建议用台式万用表或者钳形表，至少四位半分辨率，电流档分辨率要到0.1μA。

更精确的方法是在电源和板子之间串一个1Ω的精密电阻，用示波器测电阻两端电压。这样能看到设备进入stop模式瞬间的电流波形，也能捕捉到唤醒瞬间的尖峰电流，这个尖峰往往是电池供电设计里最头疼的地方，因为峰值电流可能导致电池电压跌落，引起复位。

4.2 实测数据记录

我测了一组数据，用同一块板子在室温25℃下，电源电压3.3V稳定供电。

对比下来，同样进stop模式，低压差稳压器模式比正常稳压器模式电流低差不多4μA，在电池供电的项目里这个差距很重要。另一方面，如果进入stop前没把USART和GPIO的外设时钟关掉，电流直接上到几百微安，说明“关闭不用的外设时钟”这一步不是可选项，而是必须项。

我还拿示波器测了唤醒时间，从按键按下到LED重新点亮大概需要150μs，其中大部分时间花在系统时钟恢复（等待HSE起振和PLL锁定）上。如果对唤醒时间有严格要求，可以考虑用HSI做唤醒后的临时时钟，先把关键逻辑跑起来，再切换回HSE+PLL，这样能把唤醒后的有效响应时间压到几十微秒级别。

5. 常见问题与避坑经验

5.1 唤醒后系统时钟丢失，串口乱码

这个坑我上面提过，第一次测试时候就踩了。现象是唤醒后能执行代码，但是串口打印乱码、定时器不准确。原因就是stop模式把所有时钟源都关了，唤醒后MCU默认只跑HSI 8MHz，而没有72MHz。解决办法必须在唤醒后的第一件事就是重新配置时钟，不要先操作外设。

我习惯把时钟配置、GPIO配置、外设配置打包成一个System_Reinit()函数，这样进入stop前和唤醒后调用的是同一套代码，逻辑清晰，也能减少漏配的情况发生。

5.2 EXTI无法唤醒的排查思路

如果按键按下之后系统纹丝不动，先检查三处。第一，GPIO_EXTILineConfig有没有调用，这个配置漏了，EXTI永远收不到信号。第二，中断优先级分组没有配置，或者NVIC没有使能对应的中断通道。第三，检查按键按下时的电平状态，如果按键接法相反，触发沿也要改成Rising。

还有一个容易忽略的点：如果进入stop之前还开着别的外设中断，比如串口接收中断、定时器中断，这些中断事件在stop状态下同样可以唤醒CPU。我调试的时候遇到过按一下按键，系统醒了两次的现象，后来排查发现是串口空闲中断也触发了一次唤醒，而且唤醒后没做时钟恢复直接跑飞了。

5.3 调试器连接对功耗和测试结果的影响

这是新手最容易怀疑人生的地方。用ST-Link或者J-Link连着板子测电流，数值永远不会低于几毫安。因为调试器通过SWD接口给目标芯片供电，而且调试器的电平转换器本身就在漏电。更恶心的是，调试接口的连接状态会阻止MCU真正进入低功耗模式，你看到的电流根本不能代表实际运行状态。

正确做法是：程序烧录完成后，断开调试器，用独立的稳压电源给板子供电，再测电流。如果需要看唤醒波形，用示波器探头接在LED引脚或者自定义的测试引脚上，而不是通过调试器实时查看。我建议在板子上预留一个IO口作为状态指示，进入stop前拉低，唤醒后拉高，用示波器测这个高低电平变化就能准确判断唤醒时机和工作状态。

写在最后的一点经验

这个例程我自己前后跑了三天，最深的体会是低功耗测试这件事，软件代码只占一小半功夫，剩下的大半都是在跟测量环境和外围电路较劲。最开始测出的电流仿真和实测差了十倍，排查下来发现是板子上一个LED没有完全关闭，另外一个原因是免调试器和串口转USB工具一直挂在板子上偷电。

如果你后续想在产品上真正用好stop模式，我建议把这个测试例程继续扩展，一是加入RTC定时唤醒，实现周期性的低功耗采集上报；二是加入备用寄存器保存唤醒次数，用来区分是首次上电还是从stop模式唤醒；三是把不用的引脚都配置成模拟输入或者固定电平，尽量减小漏电流路径。这些都是在实际产品里比“按按键唤醒”更有价值的场景，也是把stop模式从例程变成生产力的必经之路。

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