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STM32F103低功耗模式详解：从理论到实践应用（入门进阶教程）

主题 内容 教学目的/扩展视频
低功耗模式 什么是低功耗，模式介绍，切换方法。 为电池设备开发做准备。

师从洋桃电子，杜洋老师

📑文章目录

  • 一、低功耗模式概述
  • 1.1 为什么需要低功耗模式？
  • 1.2 基本实现原理
  • 二、低功耗模式的本质
  • 2.1 单片机功耗构成
  • 2.2 节能核心策略
  • 三、STM32F103三大低功耗模式详解
  • 3.1 睡眠模式（Sleep Mode）
  • 3.2 停机模式（Stop Mode）
  • 3.3 待机模式（Standby Mode）
  • 四、模式对比与选择指南
  • 五、唤醒机制实现
  • 5.1 典型唤醒源配置
  • 5.2 外部中断唤醒示例
  • 六、省电原理深度解析
  • 6.1 动态功耗控制
  • 6.2 静态漏电流优化
  • 七、应用场景与设计建议
  • 7.1 智能穿戴设备方案
  • 7.2 农业监测系统
  • 八、常见问题解答
  • 九、相关资源

    • （图1：STM32F103低功耗模式架构示意图）

    一、低功耗模式概述

    1.1 为什么需要低功耗模式？

  • 电池供电需求：物联网设备、穿戴设备等对续航有严格要求
  • 能源效率优化：减少无效功耗，提升系统整体能效比
  • 环保要求：符合现代电子产品绿色节能的设计理念

    • 1.2 基本实现原理

    通过分级关闭功能模块实现阶梯式节能：

    正常模式 → 睡眠模式 → 停机模式 → 待机模式
  10mA       2mA        20μA         2μA

    二、低功耗模式的本质

    2.1 单片机功耗构成

    功耗类型 占比 典型值 影响因素
    动态功耗 60-70% 6-7mA 时钟频率、外设工作状态
    静态功耗 30-40% 3-4mA SRAM保持、IO口漏电流

    2.2 节能核心策略

    关闭CPU

    睡眠模式

    关闭时钟

    停机模式

    切断电源

    待机模式

    三、STM32F103三大低功耗模式详解

    3.1 睡眠模式（Sleep Mode）

    配置寄存器：SCB->SCR

    __WFI();  // 等待中断唤醒
__WFE();  // 等待事件唤醒

    特征：

  • 仅关闭ARM内核
  • 外设保持运行
  • 唤醒时间<1μs

    • 适用场景：实时性要求高的间歇工作设备

    3.2 停机模式（Stop Mode）

    配置寄存器：PWR->CR

    PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);

    特征：

  • 关闭CPU+时钟系统
  • 保持SRAM内容
  • 典型唤醒时间10μs
  • 支持多种唤醒源：EXTI/RTC/USB等

    • 适用场景：智能门锁、无线传感器节点

    3.3 待机模式（Standby Mode）

    配置寄存器：PWR->CSR

    PWR_EnterSTANDBYMode();

    特征：

  • 完全断电（仅备份域供电）
  • SRAM内容丢失
  • 唤醒后系统复位
  • 最低功耗2μA

    • 适用场景：环境监测设备（每1小时唤醒采集）

    四、模式对比与选择指南

    对比项 睡眠模式 停机模式 待机模式
    功耗 2mA 20μA 2μA
    唤醒时间 <1μs 10μs 复位时间
    SRAM保持 保持 保持 丢失
    唤醒源 所有中断 EXTI/RTC/USB WKUP/RTC
    代码连续性 继续运行 继续运行 系统复位
    典型应用 实时控制系统 智能家居设备 环境监测设备

    五、唤醒机制实现

    5.1 典型唤醒源配置

    // RTC闹钟唤醒配置
RTC_SetAlarm(RTC_GetCounter() + 3600);  // 1小时后唤醒
RTC_ITConfig(RTC_IT_ALR, ENABLE);

    5.2 外部中断唤醒示例

    // PA0配置为唤醒引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

    六、省电原理深度解析

    6.1 动态功耗控制

    P = C×V²×f
通过降低时钟频率(f)或工作电压(V)实现节能

    6.2 静态漏电流优化

  • 关闭未使用外设时钟
  • 配置未使用IO口为模拟输入模式
  • 禁用调试接口（SWD/JTAG）

    • 七、应用场景与设计建议

    7.1 智能穿戴设备方案

    无操作30s

    抬手唤醒

    运动监测

    正常模式

    进入停机模式

    返回正常模式

    7.2 农业监测系统

  • 使用待机模式+RTC定时唤醒
  • 每2小时采集一次温湿度数据
  • 数据通过LoRa无线发送后立即休眠

    • 八、常见问题解答

    Q1：如何测量实际功耗？

  • 使用高精度万用表串联测量
  • 推荐使用Joulescope等专业仪器

    • Q2：唤醒后外设需要重新初始化吗？

  • 停机模式：需要重新初始化时钟系统
  • 待机模式：需要完全重新初始化

    • 九、相关资源

    [1] 洋桃电子B站课程-STM32入门100步
    [2] STM32官方文档手册
    [3] STM32F103固件函数库用户手册（中文）
    [4] 低功耗模式原理.pptx

    💬 技术讨论（请在评论区留言~）

    📌 下期预告：下一期将探讨低功耗模式程序分析，欢迎持续关注！

    点击查阅🔍往期【STM32专栏】文章

    版权声明：本文采用[CC BY-NC-SA 4.0]协议，转载请注明来源
    实测开发版：洋桃1号开发版（基于STM32F103C8T6）
    更新日志：

  • v1.0 初始版本（2025-04-02）

    • 作者：触角01010001

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