代码收藏家 如何实现STM32电源管理的低功耗设计
STM32电源管理简介
电源对电子设备的重要性不言而喻，它是保证系统稳定运行的基础，而保证系统能稳定运行后，又有低功耗的要求。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。STM32有专门的电源管理外设监控电源并管理设备的运行模式，确保系统正常运行，并尽量降低器件的功耗。
STM32电源管理系统
STM32的电源管理系统主要分为：
备份域电路
STM32的备份域包括LSE振荡器、RTC、备份寄存器及备份SRAM这些器件，这部分的电路可以通过STM32的VBAT引脚获取供电电源，在实际应用中一般会使用3V的钮扣电池对该引脚供电。
在图中备份域电路的左侧有一个电源开关结构，它的功能类似图中的双二极管，在它的上方连接了VBAT电源，下方连接了VDD主电源(一般为3.3V)，右侧引出到备份域电路中。当VDD主电源存在时，由于VDD电压较高，备份域电路通过VDD供电，当VDD掉电时，备份域电路由钮扣电池通过VBAT供电，保证电路能持续运行，从而可利用它保留关键数据
调压器供电电路
在STM32的电源系统中调压器供电的电路是最主要的部分，调压器为备份域及待机电路以外的所有数字电路供电，其中包括内核、数字外设以及RAM，调压器的输出电压约为1.2V，因而使用调压器供电的这些电路区域被称为1.2V域。
调压器可控制调节供电电路使系统运行在“运行模式”、“停止模式”以及“待机模式”下：
运行模式：调压器为 1.2 V 域（内核、存储器和数字外设）提供全功率。
停止模式：1.2V域运行在低功耗状态，1.2V区域的所有时钟都被关闭，相应的外设都停止了工作，但它会保留内核寄存器以及SRAM的内容；
待机模式：整个1.2V域都断电，该区域的内核寄存器及SRAM内容都会丢失(备份区域的寄存器及SRAM不受影响)。
ADC电源控制电路
为了提高转换精度，STM32的ADC配有独立的电源接口，方便进行单独的滤波。ADC的工作电源使用VDDA引脚输入，使用VSSA作为独立的地连接，VREF引脚则为ADC提供测量使用的参考电压。
STM32低功耗模式
很多单片机都有低功耗模式，STM32F4也不例外 ，运行状态下的HCLK为 CPU提供时钟，内核执行程序代码。当 CPU不需继续运行时，可以利用多个低功耗模式来节省功耗，例如等待某个外部事件时。
STM32F4按功耗由高到低排列具有运行、睡眠、停止和待机四种工作模式。
上电复位后STM32处于运行状态时，当内核不需要继续运行，就可以选择进入后面的三种低功耗模式降低功耗，这三种模式中，电源消耗不同、唤醒时间不同、唤醒源不同，用户需要根据应用需求，选择最佳的低功耗模式。这三种低功耗模式层层递进，运行的时钟或芯片功能越来越少，因而功耗越来越低。
STM32实现睡眠模式
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，CM4核心的外设全都还照常运行。
有两种方式进入睡眠模式，它的进入方式决定了从睡眠唤醒的方式，分别是WFI(waitforinterrupt)和WFE(waitforevent)，即由等待“中断”唤醒和由“事件”唤醒。睡眠模式的各种特性见下表
电气原理图
cubemx配置
因为蜂鸣器是无源蜂鸣器，所以需要用到PWM
代码实现
主函数
HAL_TIM_PWM_Start(&htim10, TIM_CHANNEL_1);
printf("usart is init\n");
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);
while (1)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);
printf("程序正常运行\n");
HAL_Delay(2000);
HAL_SuspendTick();//关闭systick中断，否则会被中断唤醒
printf("系统进入睡眠模式\n");
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);//指示灯灭掉表示睡眠模式
HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI);//进入睡眠模式
printf("系统已经被唤醒\n");
} 中断函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)
{
HAL_ResumeTick();
__HAL_TIM_SetCompare(&htim10, TIM_CHANNEL_1, 10);//蜂鸣器响一下
HAL_Delay(200);
__HAL_TIM_SetCompare(&htim10, TIM_CHANNEL_1, 0);
}
}实验现象为：上电后指示灯亮，串口打印，两秒后进入睡眠模式，使用按键中断唤醒进入中断，然后继续执行函数
STM32实现停止模式
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1.2V区域的部分电源没有关闭，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。停止模式可以由任意一个外部中断(EXTI)唤醒。在停止模式中可以选择电压调节器为开模式或低功耗模式，可选择内部FLASH工作在正常模式或掉电模式。
代码实现
主函数
HAL_TIM_PWM_Start(&htim10, TIM_CHANNEL_1);
printf("usart is init\n");
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);
while (1)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);
printf("程序正常运行\n");
HAL_Delay(2000);
printf("系统进入停止模式\n");
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);//指示灯灭掉表示睡眠模式
HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);//进入停止模式
printf("系统已经被唤醒\n");
} 中断函数
CLK_Resume是自己编写的时钟唤醒函数，需要重新设置时钟
void CLK_Resume(void)
{
//使能HSE
__HAL_RCC_HSE_CONFIG(RCC_HSE_ON);//打开HSE
while(__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_HSERDY) == RESET);
//使能PLL
__HAL_RCC_PLL_ENABLE();//打开PLL
while(__HAL_RCC_GET_FLAG(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);
//选择PLL作为时钟源
__HAL_RCC_SYSCLK_CONFIG(RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK);
while(__HAL_RCC_GET_SYSCLK_SOURCE() != 0x08);
}
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)
{
CLK_Resume();//恢复系统时钟HSE
__HAL_TIM_SetCompare(&htim10, TIM_CHANNEL_1, 10);//蜂鸣器响一下
HAL_Delay(200);
__HAL_TIM_SetCompare(&htim10, TIM_CHANNEL_1, 0);
}
}
STM32实现待机模式
待机模式，它除了关闭所有的时钟，还把1.2V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。它有四种唤醒方式，分别是WKUP(PA0)引脚的上升沿，RTC闹钟事件，NRST引脚的复位和IWDG(独立看门狗)复位。
代码实现
HAL_TIM_PWM_Start(&htim10, TIM_CHANNEL_1);
printf("usart is init\n");
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);
while (1)
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);
printf("程序正常运行\n");
HAL_Delay(2000);
printf("系统进入待机模式\n");
HAL_GPIO_WritePin(GPIOF, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);//指示灯灭掉表示睡眠模式
HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);//使能唤醒引脚
__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);//标志位为1，表示需要去唤醒
HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
printf("系统已经被唤醒\n");
}中断函数
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)
{
__HAL_TIM_SetCompare(&htim10, TIM_CHANNEL_1, 10);//蜂鸣器响一下
HAL_Delay(200);
__HAL_TIM_SetCompare(&htim10, TIM_CHANNEL_1, 0);
}
}实验现象：待机模式被唤醒后，无法继续执行之前的代码，重新复位从头开始执行程序
