STM32&GD32电源管理及低功耗设计

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STM32、GD32固件升级IAP

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前言

一、电源管理单元

1.电源

2.低功耗

二、低功耗设计方案

1.睡眠模式

2.深度睡眠（停止）模式

3.注意事项

总结

前言

在我们生活中有很多使用电池供电的电子产品都会有待机的机制，目的是为了减少设备的功耗，电池的电量是有限的，为了让设备的续航更长那么在设备不空闲的时候进入待机（低功耗）模式下是正确的，例如车载ETC、共享单车的控制器，GPS等设备都是有低功耗的要求的。

在STM32和GD32中就有电源管理单元，通过对电源管理就可以使单片机进入低功耗状态，下面就介绍电源管理和低功耗设计的相关方案。

一、电源管理单元

在STM32中为：电源控制，而GD32中为：电源管理单元，但两者的意义和功能是一样的，主要都是“电源”和“低功耗”这两方面的功能。

1.电源

STM32和GD32有三个电源域：备份域、 VDD / VDDA和1.2V电源域。

数字电源： VDD也是其主电源， 主要用于数字部分；
模拟电源： VDDA用于模拟部分的电源， 比如ADC， 这样可以单独滤波并屏蔽 PCB 上的噪声。
备份电源： VBAT用于备份区域的电源， 比如RTC、 备份SRAM等， 一旦主电源断开， VBAT可以为这些区域提供电源。
框图如下：

STM32：

GD32：

作为电源有以下的几个功能：

1）调压器（LDO）为MUC内部提供1.8V/1.2V电源；

2）STM32和GD32都提供低电压检测器（LVD），当电压低于所设定的阈值时能发出中断或事件；

3）STM32的可编程电压监测器(PVD)，当VDD下降到PVD阀值以下和(或)当VDD上升到PVD阀值之上时，根据外部中断第16线的上升/下降边沿触发设置，就会产生PVD中断。例如，这一特性可用于用于执行紧急关闭任务。

4）当VDD关闭的时，由VBAT（电池）为备份域供电。
以上电源功能具体描述请参考官方手册，有详细的介绍。

2.低功耗

所谓“低功耗”就是让MCU的耗电下降，实现较低的功耗的方法有两种：

1、减慢系统时钟（HCLK， PCLK1， PCLK2），即降频；关闭未使用的外设的时钟。

2、进入MCU提供的低功耗模式，STM32和GD32都提供三种模式：睡眠模式、深度睡眠模式（STM32为停机模式）和待机模式。

在系统或电源复位以后，微控制器处于运行状态。当CPU不需继续运行时，可以利用多种低功
耗模式来节省功耗，例如等待某个外部事件时。用户需要根据最低电源消耗、最快速启动时间
和可用的唤醒源等条件，选定一个最佳的低功耗模式。

STM32：

GD32:

二、低功耗设计方案

1.睡眠模式

MCU进入该模式后，只是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，进入后MCU外设还是正常运行更新数据，故不需要唤醒的时间。

1）中断

但是因为该模式只是Cortex™-M3内核停止，NVIC还正常响应，所以如果采用WFI指令进入的，需要在进入前关闭除用来唤醒的中断外的其它所有中断，否则MCU会往复进入退出睡眠模式。

2）事件

采用事件方式唤醒，用WFE指令进入睡眠模式的，在进入前要配置EXTI线路的中断输入，并且设置触发边沿类型。

EXTI（中断/事件控制器） 包括 23 个相互独立的边沿检测电路并且能够向处理器内核产生中断
请求或唤醒事件。 EXTI 有三种触发类型：上升沿触发、下降沿触发和双边沿触发。 EXTI 中的
每一个边沿检测电路都可以独立配置和屏蔽。

16个外部中断事件示意图：

比如我们可以配置GPIOA5作为EXTI线路5的中断输入，设置为上升沿触发，再在中断服务程序EXTI9_5_IRQHandler中，检查对应的中断标志，处理中断事件，并清除中断标志。

当GPIOA5输入上升沿时，MCU被唤醒，此时可以处理其它业务。

2.深度睡眠（停止）模式

进入该模式，1.8V供电区域的的所有时钟都被停止， PLL、 HSI和HSE RC振荡器的功能被禁止， 只是SRAM和寄存器内容被保留下来，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态，即MCU保持进入前的状态和数据，不会运行更新了。

该模式下不能直接通过中断来唤醒，比如串口中断之类的中断，只能通过 EXTI 外部中断方式唤醒。

因此在MCU进入 STOP模式前将 RX 脚设为 EXTI 模式，再使能对应中断来实现，因为串口接收引脚接收的数据也是高低电平信号。通过此方法唤醒MCU后需要重新配置串口参数，否则串口工作会异常。

3.注意事项

1）进入低功耗之后， 实际功耗却远大于理想功耗。

解决办法：

进入低功耗之前， 对使用和未使用IO状态进行调整。 比如有外部上拉， 可配置成模拟输入等。
因为造成问题的原因可能是工程师通过直接调用“停止模式”，进入低功耗， 但部分IO外部有上拉电阻， 进入低功耗之前未做调整， 所以导致功耗偏大。

2）进入待机模式，MCU通过按键唤醒后，外设（串口）未正常工作。

解决办法：

唤醒STM32之后， 重新初始化串口（以及所有使用的） 外设。

因为进入的低功耗模式为待机模式， 唤醒之后， 未初始化串口外设， 导致串口不能正常工作。 在待机模式下， 所有外设都关闭， 意味着所有外设配置都为默认值。

总结

随着物联网概念逐渐的深入人心，越来越多的物联网嵌入式设备出现在我们的身边，如智能水表，智能燃气表，这些设备远离强电，只能通过电池供电，还不便于更换，那么低功耗就成了必须要实现的功能，只需要一节电池就可以让设备运行5-10年，这带来了极大的便利。

低功耗也是节能与可持续理念的体现。

作者：带风追风