STM32单片机-PWR电源控制和WDG看门狗

侥幸哥f2024-06-27 13:24

STM32单片机-PWR电源控制和WDG看门狗

一、PWR简介

  • PWR负责管理STM32内部的电源供电部分，可以实现可编程电压监测器 和低功耗模式的功能
  • 可编程电压监测器(PVD)可以监测VDD电源电压 ，当VDD下降到PVD阈值以下 或上升到PVD阈值以上 时，PVD会触发中断,用于执行紧急关闭任务
  • 低功耗模式包括睡眠模式 (Sleep)、停机模式 (Stop)和待机模式 (Standby)，可在系统空闲时，降低STM32的功耗，延长设备的使用时间

下图为STM32的电源框图

从图中需要知道每个区域的供电引脚以及供电的电路

二、低功耗模式

下图为低功耗模式表

从上到下 ，关闭的电路越来越多，越来越省电，越来越难唤醒

睡眠模式 ：调用WFI 和WFE 进入睡眠模式。WFI：任何外设发生中断 时，芯片都会立刻醒来。WFE：事件唤醒 ，不需要进入中断。只关闭CPU时钟，对他电路无任何操作

关闭电路通常有关闭时钟和关闭电源两个做法，关闭时钟 ：所有运算和涉及时序的操作都会暂停，寄存器和存储器的数据可以维持 ，不会消失。关闭电源 ：电路直接断电，电路操作和数据会直接丢失

停机模式 和待机模式 ：首先SLEEPDEEP= 1 ，之后PDDS=0-停机模式 ，PDDS=1-待机模式 ，LPDS=0-电压调节器开启 ，LPDS=1-电压调节器进入低功耗 ，最终调用WFI 或者WFE 进入低功耗 模式。任一外部中断(不需要时钟)或外部事件 唤醒停机模式 。WKUP上升沿 、RTC闹钟 等唤醒待机模式 。停机和待机同时关闭CPU和外设时钟 、内外部高速时钟 。停机模式不关闭电源 ，所以CPU和外设寄存器数据维持原状 ，待机模式全部关闭

下图为模式选择配置

执行WFI和WFE指令后，STM32进入低功耗模式

三、修改主频&睡眠模式&停机模式&待机模式

3.1 修改主频

在system.stm32f1ox.c文件中修改系统主频，默认72Mhz，文件是只读的，所以需要修改权限

c 复制代码 
#if defined (STM32F10X_LD_VL) || (defined STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_VALUE */
 #define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000
#else
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_VALUE */
/* #define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000 */ 
/* #define SYSCLK_FREQ_36MHz  36000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_48MHz  48000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_56MHz  56000000 */
#define SYSCLK_FREQ_72MHz  72000000
#endif

3.2 睡眠模式

对于中断触发的代码，加入低功耗模式，不进入中断的时候，可以节省资源，有中断进来再进入中断函数

利用串口收发函数模拟，调用__WFI();函数 ，程序进入睡眠模式，Running！不再闪烁，当STM接收到数据触发中断时，Runnging！闪烁一次，接着进入睡眠模式，降低功耗

c 复制代码 
uint8_t RxData;
int main(void)
{
	OLED_Init();
	Serial_Init();
	OLED_ShowString(1,1,"RxData:");
	while(1)
	{
		if(Serial_GetRxFlag() == 1)
		{
			RxData = Serial_GetRxData();
			OLED_ShowHexNum(1,8,RxData,2);
		}
		
		OLED_ShowString(2,1,"Running!");
		Delay_ms(100);
		OLED_ShowString(2,1,"        ");
		Delay_ms(100);
		
		__WFI();//开启睡眠模式(中断唤醒)
	}
}

3.3 停机模式

停机模式使用外部中断唤醒 ，利用对射红外传感器模拟

当外部中断不触发时，CountSensor_Get()会一直被扫描，浪费资源，可以使STM32进入低功耗模式，节省资源

进入停机模式，需要使用PWR外设，所以需要开启APB1PWR时钟 ，然后调用PWR_EnterSTOPMode()函数 ，开启停机模式，外部中断发生 时，芯片唤醒

复位后第一次Running！闪烁很快，后面的Running！闪烁很慢，是由于第一次在是72Mhz主频，后面进入停止模式，默认时钟是8MHz

注意按下复位按钮下载

c 复制代码 
int main(void)
{
	OLED_Init();
	CountSensor_Init();
	OLED_ShowString(1,1,"Count:");
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);//开启PWR时钟
	
	while(1)
	{
		OLED_ShowNum(1,7,CountSensor_Get(),5);
		
		OLED_ShowString(2,1,"Running:");
		Delay_ms(100);
		OLED_ShowString(2,1,"        ");
		Delay_ms(100);
		
		PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_ON,PWR_STOPEntry_WFI);//开启停止模式
		SystemInit();//恢复主频
	}
}

3.4 待机模式

待机模式唤醒需要特定的信号，使用RTC唤醒待机模式

首先开启PWR时钟 ，然后调用PWR_EnterSTANDBYMode()开启待机模式 。当RTC闹钟事件来临时，唤醒待机模式，唤醒一次后，程序从头开始，闹钟值会重新设置

c 复制代码 
int main(void)
{
	MyRTC_Init();
	OLED_Init();
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);//开启PWR时钟
	
	OLED_ShowString(1,1,"CNT:");
	OLED_ShowString(2,1,"ALR:");
	OLED_ShowString(3,1,"ALRF:");
	uint32_t Alarm = RTC_GetCounter()+10;
	RTC_SetAlarm(Alarm);//设定闹钟值
	
	OLED_ShowNum(2,6,Alarm,10);
	while(1)
	{
		OLED_ShowNum(1,6,RTC_GetCounter(),10);
		OLED_ShowNum(3,6,RTC_GetFlagStatus(RTC_FLAG_ALR),1);
		
		OLED_ShowString(4,1,"Running!");
		Delay_ms(100);
		OLED_ShowString(4,1,"        ");
		Delay_ms(100);
		
		PWR_EnterSTANDBYMode();//开启待机模式
	}
}

四、WDG简介

  • 看门狗可以监控程序的运行状态 ，当程序因为设计漏洞 、硬件故障 、电磁干扰 等原因，出现卡死或跑飞现象 时，看门狗能及时复位程序 ，避免程序陷入长时间的罢工状态，保证系统的可靠性和安全性
  • 看门狗本质上是一个定时器 ，当指定时间范围内 ，程序没有执行喂狗 (重置计数器 )操作时，看门狗硬件电路 就会自动产生复位信号
  • STM32内置两个看门狗
  • 独立看门狗 (IWDG)：独立工作，对时间精度要求较低
  • 窗口看门狗 (WWDG)：要求看门狗在精确计时窗口起作用

4.1 独立看门狗原理

下图为独立看门狗框图

与定时器类似，看门狗使用的是自减运行 ，自减到0后，定时器产生更新事件或者中断，看门狗是直接产生复位 ，定时器是产生事件后自动重装值 ，看门狗需要在自减到0之前手动重装 ，不然就会进行复位，手动重装就是喂狗

看门狗输入时钟是低速时钟LSI40KHz ，之后时钟进入8位预分频器进行预分频，最大256分频，预分频寄存器可以配置分频系数 ，之后每来一个时钟，12位递减计数器自减一个数 ，最大值是4095，自减到0后产生IWDG复位 ，在重装载数值写一个值，在键寄存器里写一个特定数据，控制电路进行喂狗，这时重装值就会复制到当前的计数器中，计数器就会回到重装值，重新自减运行了

下面给出IWDG键寄存器

  • 键寄存器本质上是控制寄存器，用于控制硬件电路的工作
  • 在可能存在干扰的情况下,一般通过在整个键寄存器写入特定值 来代替 控制寄存器写入一位的功能，以降低硬件电路收到干扰的概率
  • 超时时间 ：TIWDG = TLSI x PR预分频系数 x (RL(重装值)+1)
  • 其中：TLSI = 1/FLSI = 1/40K = 0.025ms

下图为PR寄存器和分频系数的对应关系以及RL和时间关系

4.2 窗口看门狗原理

下图为窗口看门狗框图

PCLK1时钟源36MHz 进入预分频器WDGTB，然后到6位递减计数器 (T6是溢出标志位，溢出产生复位信号)CNT ，窗口看门狗没有重装寄存器，喂狗 只需要在计数器里写入数据 即可

复位信号输出部分，WDGA是窗口看门狗激活位 ，给1 启动窗口看门狗。T6=0时表示计数器溢出 ，产生复位 信号，计算一个最早界限的计数值 写入到W6-W0中，固定不变，执行写入CR操作时，即喂狗时的CNT计数值 > 窗口值 ，比较结果为1 ，也可以申请复位

喂狗太晚 ，6位计数器减到0后，复位；喂狗太早，计数器的值超过窗口值，复位

当计数器减到0x40(1000 0000)时，可以产生早期唤醒中断(EWI)，下一时刻才复位

  • 超时时间 (喂狗的最晚时间 )：TWWDG = TPCLK1 x 4096 x WDGTB预分频系数 x (T[5:0] + 1)
  • 窗口时间 (喂狗的最早时间 )：TWIN = TPCLK1 x 4096 x WDGTB预分频系数 x (T[5:0] - W[5:0])
  • TPCLK1 = 1 / FPCLK1(36MHz)

下图为最小/最大超时值与分配系数关系

WDGTB = 0，1，2，3对应1，2，4，8分频

4.3 IWDG和WWDG对比

下图为IWDG和WWDG对比图

五、独立看门狗&窗口看门狗

5.1 独立看门狗

步骤：打开LSI时钟(默认打开 ) --- 键寄存器 (解除写保护 ) --- 写入预分频值和重装值 --- 键寄存器 (启动独立看门狗 ) --- 键寄存器 (写重装值-喂狗)

当程序卡死超过设定时间时，看门狗就会进行复位

c 复制代码 
int main(void)
{
	OLED_Init();
	Key_Init();
	OLED_ShowString(1,1,"IWDG TEST");
	
	if(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_IWDGRST) == SET)//本次复位由IWDG产生
	{
		OLED_ShowString(2,1,"IWDGRST");
		Delay_ms(500);
		OLED_ShowString(2,1,"       ");
		Delay_ms(500);
		RCC_ClearFlag();//清除标志位
	}
	else//普通复位
	{
		OLED_ShowString(3,1,"RST");
		Delay_ms(500);
		OLED_ShowString(3,1,"   ");
		Delay_ms(500);
	}
	//时钟自动配置
	IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable);//接触写保护
	//1000ms超时时间
	IWDG_SetPrescaler(IWDG_Prescaler_16);//配置预分频值
	IWDG_SetReload(2499);//配置重装值/喂狗
	IWDG_ReloadCounter();//先喂狗，CNT初始值就是2499
	//启动看门狗
	IWDG_Enable();
	while(1)
	{
		Key_GetNum();//按键一直按下，程序卡死，看门狗复位
		IWDG_ReloadCounter();//喂狗
		//Delay_ms(950);//看门狗不复位
		//Delay_ms(1010);//程序卡死超过1000ms，看门狗会一直复位
	}
}

5.2 窗口看门狗

步骤：打开PCLK1 时钟(APB1时钟 ) --- 配置预分频和窗口寄存器值 --- 写入控制寄存器CR (看门狗使能 、计数器溢出标志位 和计数器有效位 ) --- 计数器写值 (喂狗)

窗口看门狗需要设定窗口值和超时值，过早或超时喂狗都会使得看门狗复位

c 复制代码 
int main(void)
{
	OLED_Init();
	Key_Init();
	OLED_ShowString(1,1,"WWDG TEST");
	
	if(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_WWDGRST) == SET)//本次复位由WWDG产生
	{
		OLED_ShowString(2,1,"WWDGRST");
		Delay_ms(500);
		OLED_ShowString(2,1,"       ");
		Delay_ms(500);
		RCC_ClearFlag();//清除标志位
	}
	else//普通复位
	{
		OLED_ShowString(3,1,"RST");
		Delay_ms(500);
		OLED_ShowString(3,1,"   ");
		Delay_ms(500);
	}
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG,ENABLE);//开启PCLK1时钟
	//超时50ms 窗口30ms
	WWDG_SetPrescaler(WWDG_Prescaler_8);//分频系数
	WWDG_SetWindowValue(0x40 | 21);//窗口值是W5-W0，W6为1
	WWDG_Enable(0x40 | 54);//计数器值是T5-T0，T6为1
	
	
	while(1)
	{
		//Key_GetNum();
		//Delay_ms(32);//过早喂狗：避免第一次喂狗和第二次间隔小于窗口30ms
		Delay_ms(55);//超时喂狗
		WWDG_SetCounter(0x40 | 54);
	}
}
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