STM32-低功耗模式详解

一、概述

低功耗模式（Low Power Mode）是为了减少电子设备的能耗而设计的操作模式，广泛应用于依赖电池供电的设备中，旨在延长电池寿命或减少能源消耗。在用户需要设备长时间工作或在电量极为有限的情况下非常实用，虽然牺牲了一定的性能和便利性，但却能有效延长设备的使用时间。

二、常见低功耗模式

在STM32微控制器中，常见的低功耗模式包括：

睡眠模式 (Sleep Mode)：在睡眠模式下，CPU暂停执行，并且大多数外设也会停止工作，只有时钟和必要的外设保持运行，以便在唤醒后快速恢复操作。
停止模式 (Stop Mode)：停止模式下，CPU和主要时钟源停止运行，但一些关键外设仍然可以继续工作，例如RTC（实时时钟），以便在需要时能够唤醒系统。
待机模式 (Standby Mode)：待机模式是最低功耗的模式之一，在此模式下，几乎所有的设备和时钟都被关闭，只保留RTC和WKUP（唤醒）引脚以及备份存储器的供电，以等待外部事件唤醒系统。

2.1 睡眠模式 (Sleep Mode)

在STM32执行完WFI/WFE指令后，进入睡眠模式。在这种模式下，程序暂停运行，直到被唤醒。SLEEPONEXIT位决定了当执行完WFI或WFE后，是立即进入睡眠，还是等待STM32从最低优先级的中断处理程序中退出后再进入睡眠。所有的I/O引脚在睡眠模式下保持运行模式时的状态。使用WFI指令进入睡眠模式时，任何一个NVIC响应的中断均可唤醒；使用WFE指令时，则可以通过唤醒事件来唤醒STM32。

睡眠模式唤醒后，程序将从进入睡眠模式的下一条语句开始执行。

示例：

#include "stm32f10x.h"

int main(void) {
    // 初始化代码

    while (1) {
        // 主程序逻辑

        // 进入睡眠模式
        __WFI();
        
        // 唤醒后继续执行
    }
}

2.2 停止模式 (Stop Mode)

执行完WFI/WFE指令后，STM32进入停止模式。在停止模式下，程序暂停运行，同时1.8V供电区域的所有时钟被停止，包括PLL、HSI和HSE。SRAM和寄存器内容被保留。所有的I/O引脚保持运行模式时的状态 。当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时，系统时钟会选择HSI。在低功耗模式下，系统从停止模式退出时，会有一段额外的启动延时。WFI指令进入停止模式时可被任何一个EXTI中断唤醒，而WFE指令则可被任何一个EXTI事件唤醒。

停止模式唤醒后，程序从停止模式进入的下一条语句开始执行。

示例：

#include "stm32f10x.h"

int main(void) {
    // 初始化代码
    //...
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);    //配置PWR时钟

    while (1) {
        // 主程序逻辑
        
        // 进入停止模式
        PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_ON, PWR_STOPEntry_WFI);
      
        // 唤醒后继续执行
        SystemInit();    //重新启动HSE时钟
    }
}

2.3 待机模式 (Standby Mode)

执行完WFI/WFE指令后，STM32进入待机模式。在待机模式下，整个1.8V供电区域被断电，包括PLL、HSI和HSE，SRAM和寄存器内容会丢失，只有备份的寄存器和待机电路保持供电。在待机模式下，所有的I/O引脚变为高阻态（浮空输入）。唤醒可以由WKUP引脚的上升沿、RTC闹钟事件的上升沿、NRST引脚上的外部复位或IWDG复位触发。

待机模式唤醒后，程序的执行等同于系统的软件复位。因此，唤醒后程序从最开始运行。

在待机模式下，除了以下特定引脚外，所有GPIO引脚都处于高阻态：

复位引脚 (始终有效)
当被设置为防侵入或校准输出时的TAMPER引脚
被使能的唤醒引脚

示例：

#include "stm32f10x.h"

int main(void) {
    // 初始化代码
    //...
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);    //配置PWR时钟

    while (1) {
        // 主程序逻辑

        // 进入待机模式
        PWR_EnterSTANDBYMode();
        
        // 程序将从复位状态重新启动
    }
}

三、总结

低功耗模式在电子设备中的应用带来了多重好处，如延长电池使用时间、提升设备可靠性，同时降低电路负载并延长电子元件寿命。不同的低功耗模式使设备能够根据需求灵活调节，适应各种应用场景，从而显著提升系统的效率和可持续性。