STM32电源管理实现低功耗

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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。

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STM32电源管理系统

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STM32的电源管理系统主要分为:

  • ①备份域
  • ②调压器供电电路
  • ③ADC电源电路

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。

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        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

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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。        

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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)。

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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。

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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

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电气原理图

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cubemx配置

因为蜂鸣器是无源蜂鸣器,所以需要用到PWM

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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

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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。

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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。

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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文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-827608.html

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