STM32开发（19）----CubeMX配置PWR电源管理

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前言

本章介绍使用STM32CubeMX对PWR进行配置的方法，PWR的原理、概念和特点，配置各个步骤的功能，并通过实验方式实现展示结果。

一、什么是PWR？

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。因此， 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。

PWR分为下列几个部分内容：

1.电源系统

为了方便进行电源管理， STM32 把它的外设、内核等模块跟据功能划分了供电区域

从上图可知，STM32 的电源系统主要分为备份域供电、内核供电以及 AD/传感器供电三部分:
① AD/传感器电路供电和参考电压
STM32 的 ADC/温度传感器 模块配备独立的供电方式

② 电压调节器
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 1.8V，因而使用调压器供电的这些电路区域被称为 1.8V 域。调压器可以运行在“运行模式”、“停止模式”以及“待机模式”。在运行模式下， 1.8V域全功率运行；在停止模式下 1.8V 域运行在低功耗状态， 1.8V 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；在待机模式下，整个 1.8V 域都断电，该区域的内核寄存器及 SRAM 内容都会丢失 (备份区域的寄存器不受影响)

③ 电池备份区域
电池备份区域也就是后备供电区域，使用电池或者其他电源连接到 VBAT 脚上，当 VDD断电时，可以保存备份寄存器的内容和维持 RTC 的功能。同时 VBAT 引脚也为 RTC 和 LSE 振荡器供电，这保证了当主要电源被切断时， RTC 能够继续工作。切换到 VBAT 供电由复位模块中的掉电复位功能控制。

2.电源监控器

STM32 芯片主要通过引脚 VDD 从外部获取电源，在它的内部具有编程电压检测器（PVD）用于检测 VDD 的电压，以实现复位功能及掉电紧急处理功能，保证系统可靠地运行。

从上图中可知： POR、 PDR 功能是使用其电压阈值与外部供电电压 VDD 比较，当低于工作阈值时，会直接进入复位状态，这可防止电压不足导致的误操作。除此之外， STM32 还提供了可编程电压检测器 PVD，它也是实时检测 VDD 的电压，当检测到电压低于编程的 VPVD 阈值时，会向内核产生一个 PVD 中断 (EXTI16 线中断) 以使内核在复位前进行紧急处理。

3.电源管理

在 STM32 的除了正常工作外具有三种低功耗模式：睡眠、停止以及待机。在上电复位后， 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模式降低功耗。这三种低功耗模式电源消耗不同、唤醒时间不同和唤醒源不同。
睡眠模式：

停止模式：

待机模式：

二、实验过程

1.STM32CubeMX配置

选择芯片stm32f103c6t6，新建工程

设置时钟源，最小系统外部晶振8Mhz，作为外部高速HSE时钟源。由于没有外接外部低速晶振，这里低速时钟源选择旁路时钟源。

配置时钟树，这里使用官方推荐的配置

配置GPIO中断用于唤醒

使能中断

配置串口用于打印测试

USART1的参数配置如下，波特率115200，传输数据长度为8 Bit，奇偶检验无，停止位1.其他参数默认

RTC配置

Code Generator中设置只拷贝使用到的库，分离.c和.h文件

设置好项目名称和路径，点击GENERATE CODE即可，生成后使用keil5 IDE打开。

2.代码实现

在usart.c文件后面添加如下代码，代码中添加了#ifdef宏定义进行条件编译，如果使用GUNC编译，则PUTCHAR_PROTOTYPE 定义为int __io_putchar(int ch)函数，否则定义为int fputc(int ch, FILE *f)函数。

/* USER CODE BEGIN 0 */
#include "stdio.h"
#ifdef __GNUC__
  /* With GCC/RAISONANCE, small printf (option LD Linker->Libraries->Small printf
     set to 'Yes') calls __io_putchar() */
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif /* __GNUC__ */
/**
  * @brief  Retargets the C library printf function to the USART.
  * @param  None
  * @retval None
  */
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
  /* Place your implementation of fputc here */
  /* e.g. write a character to the EVAL_COM1 and Loop until the end of transmission */
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);
 
  return ch;
}
/* USER CODE END 0 */

SLEEP_MODE模式

睡眠模式: 内核停止，程序以WFI指令进入睡眠模式，所以只要产生任意中断都会退出睡眠模式。所以进入睡眠模式前先调用HAL_SuspendTick()函数挂起系统滴答定时器，否则将会被系统滴答定时器（SysTick）中断在1ms内唤醒。程序运行到HAL_PWR_EnterSLEEPMode（）函数时，系统进入睡眠模式，程序停止运行。当按下WAKEUP按键时，触发外部中断0，此时系统被唤醒。继续执行HAL_ResumeTick()语句回复系统滴答定时器。

main函数如下：

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_RTC_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  printf("\r\n********    STM32F13c6t6 LowPower Test  *******\r\n");
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    printf("Press WAKEUP button to enter LP modes \r\n\r\n");
  
    printf("SleepMode!\r\nPress WAKE_UP button to wake up ...\r\n");
    HAL_SuspendTick();
  
     /* Request to enter SLEEP mode */
    HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI);
  
    /* Resume Tick interrupt if disabled prior to sleep mode entry */
    HAL_ResumeTick();
    printf("\r\nSLEEP_MODE wake up,system running continue ... \r\n");
         
}
  /* USER CODE END 3 */
}

实验结果

程序开始，进入低功耗模式，触发中断系统继续执行,运行结果如下

STOP_MODE模式

停止模式： 内核停止，外设也停止工作，所有外设时钟也关闭。此处设置了RTC唤醒。RTC时钟配置为外部时钟，频率为32.768KHz。经过16分频后的时基为16 /(~32.768KHz) = ~0,488 ms。若要20s后唤醒，则唤醒计数器的值为~20s/0,488ms = 40983 = 0xA017。由于停止模式PLL、HSI、HSE RC振荡器均被禁止，所以系统被唤醒（RTC唤醒或WAKUP按键外部中断唤醒）后需要重新配置系统时钟，同时关闭WAKEUP定时器。
由于外设时钟停止，所以程序返回main（）函数中也需要重新初始化串口才能打印输出信息。

/* USER CODE BEGIN 0 */
static void SYSCLKConfig_STOP(void)
{
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct;
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct;
  uint32_t pFLatency = 0;
  
  /* Get the Oscillators configuration according to the internal RCC registers */
  HAL_RCC_GetOscConfig(&RCC_OscInitStruct);
  
  /* After wake-up from STOP reconfigure the system clock: Enable HSE and PLL */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  if(HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /* Get the Clocks configuration according to the internal RCC registers */
  HAL_RCC_GetClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, &pFLatency);
  
  /* Select PLL as system clock source and configure the HCLK, PCLK1 and PCLK2 
     clocks dividers */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  if(HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, pFLatency) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_RTC_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  printf("\r\n********    STM32F13c6t6 LowPower Test  *******\r\n");
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    printf("Press WAKEUP button to enter STOP modes \r\n\r\n");

    printf("STOPpMode!\r\nPress WAKE_UP button to wake up ...\r\n");
    
 
    HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);
		SYSCLKConfig_STOP();
    MX_USART1_UART_Init();
    printf("\r\nSTOP_MODE wake up,system running continue ... \r\n");
}
  /* USER CODE END 3 */
}

实验结果

程序开始，进入STOP_MODE低功耗模式,运行结果如下

STANDBY_MODE模式

待机模式:此时内核停止，外设也停止工作，1.2V域断电，SRAM和寄存器内容将丢失。待机模式唤醒后是重新运行程序，相当于重启，而不是在程序原来的位置继续运行。待机模式只能从WAKEUP引脚上升沿或下降沿，RTC,复位引脚，IWDG(独立看门狗) 复位唤醒。不能通过其他中断唤醒。前面睡眠模式和停止模式可以通过WAKEUP引脚的外部中断唤醒，但是待机模式不能通过外部中断唤醒。

实验过程以后再添加

总结

本章介绍了STM32的几种低功耗模式，这个在实际项目中用的非常多，特别是STOP_MODE和SLEEP_MODE