江协科技STM32学习笔记（第12章 PWR电源控制)

第12章 PWR电源控制

12.1 PWR电源控制

12.1.1 PWR简介

芯片在3种低功耗模式下，是没法直接再下载程序的。这是因为芯片在睡眠，不会关注调试端口了。解决办法就是：1.按住复位键不动；2.点下载按钮；3.及时从开复位键。这样就能下载成功了。如果不小心禁用了调试端口，其实也可以这样来解决。

PWR（Power Control）电源控制；

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）可以监控VDD电源电压，当VDD下降到PVD阀值以下或上升到PVD阀值之上时，PVD会触发中断，用于执行紧急关闭任务;

这个功能预想二点场景是使用电池供电，或者对安全要求比较高的设备，如果供电电压在逐渐下降，在电压过低的情况下，可能会导致内部或者外部电路发生不确定的错误。为了避免不确定的因素，在电源电压低于设定的阈值时，我们可以主动出击，提前发出警告，并且关闭比较危险的设备。

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，延长设备使用时间。

正常运行的状态下，程序永远都不会停下来，所以主程序的最后，一般都是个死循环，即使需要空闲，让程序停下来，也得来个空循环让程序一直转圈卡住，但是程序运行就会耗电，空循环的耗电量是很大的，比如遥控器，如果不用它的时候，程序会一直空循环，那么用不了几天，电池就没电了。所以说对于这些设备，需要低功耗模式，在空闲状态时，关闭不必要的硬件，比如直接把CPU断电或者关闭时钟，这样程序就不会运行了，但是在低功耗模式下，我们也需要保留必要的唤醒电路，比如串口接收数据的中断唤醒、外部中断唤醒、RTC闹钟唤醒等等，在需要设备工作时，STM32能够立刻重新投入工作，这样才行。所以低功耗模式，我们要考虑管壁哪些硬件、保留哪些硬件，以及如何去唤醒，当然关闭越多的硬件，设备约省电，唤醒就越麻烦。

12.1.2 电源框图

整体上看，这个图可以分为3个部分，最上面是模拟部分供电，叫VDDA(VDD Analog)；中间是数字部分供电，包括两块区域，VDD供电区域和1.8V供电区域；下面是后备供电，叫做VBAT（V Battery）。

VDDA供电区域主要负责模拟部分的供电，其中包括AD转换器、温度传感器、复位模块、PLL锁相环。这些电路的供电正极是VDDA，负极是VSSA。其中AD转换器，还有两根参考电压的供电脚，叫做VREF+和VREF-，这两个脚在引脚多的型号里会单独引出来，在引脚上的型号，比如我们这个C8T6，VREF+和VREF-在内部已经分别接到了VDDA和VSSA了。

中间部分供电由两部分组成，左边部分是VDD供电区域，其中包括IO电路、待机电路（唤醒逻辑和独立看门狗），右边部分是VDD通过电压调节器，降压到1.8V，提供给后面这一块的1.8V供电区域。1.8V供电区域包括CPU核心、存储器和内置数字外设。可以看出，STM32内部的大部分关键电路，CPU、存储器和外设，其实都是以1.8V的低电压运行的。当这些外设需要与外界进行交流时，才会通过IO电路转换到3.3V。所以我们从外部看好像STM32内部全是3.3V。实际上，它内部的CPU、外设等，都是以1.8V供电运行，使用低电压运行的最主要目的是降低功耗。电压越低，内部电路运行的功耗就相对越低。

VBAT和后备供电区域：RCC BDCR是RCC的寄存器，叫备份域控制寄存器。也是和后备域有关的寄存器，所以也可以由VBAT供电。低电压检测器可以控制开关，VDD有电啥时，由VDD供电，VDD没电时，由VBAT供电。

12.1.3 上电复位和掉电复位

当VDD或者VDDA电压过低时，内部电路直接产生复位，让STM32复位住，不要乱操作。 这个复位和不复位的界限之间，设置了一个40mV的迟滞电压，大于上限POR（Power On Reset）时解除复位。小于下辖PDR（Power Down Reset）时复位。这是一个典型的迟滞比较器，设置两个阈值的作用，就是防止电压在某个阈值附近波动时，造成输出也来回抖动。下面的复位信号Reset是低电平有效的，所以在前面和后面，电压过低时，是复位的，中间电压不正常的时候，不复位。那这个电压上限和下限具体是多少值呢？还有接触复位的滞后时间，是多久呢？

12.1.4 可编程电压监测器

PVD触发滞后，芯片还是能正常工作的， 只不过是电源电压过低，该提醒一下用户了。下面那的PVD输出，这个是正逻辑，电压过低时为1，电压正常时为0，这个信号可以去申请中断，在上升沿或者下降沿时，触发中断，以此提醒程序进行适当的处理。PVD的中断申请是通过外部中断实现的，如下图所示，所以要配置PVD的话，记得要配置外部中断。

RTC的闹钟信号也有借道外部中断， 其实RTC自己是有中断的，因为低功耗模式设计的是，只有外部中断可以唤醒停止模式。其它这些设备，也想唤醒停止模式的话，就可以通过借道外部中断来实现。USB和ETH也都有它们的WeakUp唤醒信号接过来了，目的也是为了唤醒停止模式。

12.1.5 低功耗模式

低功耗模式有三种，这三种模式从上到下关闭的电路越来越多，从上到下越来越省电，同时，从上到下，越来越难唤醒。

睡眠模式：这是浅睡眠，就相当于打了个盹。直接调用WFI或者WFE即可进入，这两个东西是内核的指令，对应库函数里，有对应的函数，直接调用函数即可。

其中WFI（Wait For Interrupt）、等待中断，意思就是我先睡了，如果有中断发生的话，再叫我起来，所以对应的唤醒条件是任一中断，调用WFI进入的睡眠模式，任何外设发生任何中断时，芯片都会立刻醒来，因为中断发生了，所以醒来之后的第一件事，一般就是处理中断函数。下面WFE（Wait For Event）等待事件，唤醒事件可以唤醒，对应的唤醒条件是唤醒事件，这个事件可以是外部中断配置为事件模式，也可以是使能了中断，但是没有配置NVIC。调用WFE进入的睡眠模式，产生唤醒事件时，会立刻醒来。醒来之后一般不需要进行中断函数，直接从睡得地方继续进行。

停机模式：如何进入停机模式，首先SLEEPDEEP位设置为1，告诉CPU，你可以放心的睡，进入深度睡眠模式，PDDS这一位用来区分它是停机模式还是待机模式，PDDS=0进入停机模式，PDDS=1进入待机模式。所以想要进入停机模式，PDDS要先设置为0，之后LPDS用来设置最后的电压调节器，是开启还是进入低功耗模式，LPDS=0，电压调节器开启，LPDS=1，电压调节器进入低功耗，最后，当我们把这些位提前设置好了，最后再调用WFI或者WFE，芯片就可以进入停止模式了。这个模式下，芯片睡的更深，关的东西更多，唤醒条件更苛刻一些，是任一外部中断。

待机模式：和停机模式差不多，首先SLEEPDEEP也是置1，即将深度睡眠，然后PDDS置1，表示即将进入待机模式，最后调用WFI或WFE就可以进入待机模式了。1.8V的电源关闭，内部的存储器和寄存器的数据全部丢失，但是和停止模式一样，并不会主动关闭LSI和LSE这两个低速时钟，因为这两个时钟还要维持RTC和独立看门狗的运行，所以不会关闭。

12.1.6 模式选择

执行WFI（Wait For Interrupt）或者WFE（Wait For Event）指令后，STM32进入低功耗模式。

12.1.7 睡眠模式

执行完WFI/WFE指令后，STM32进入睡眠模式，程序暂停运行，唤醒后程序从暂停的地方继续运行；

SLEEPONEXIT位决定STM32执行完WFI或WFE后，是立刻进入睡眠，还是等STM32从最低优先级的中断处理程序中退出时进入睡眠；

在睡眠模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态；

WFI指令进入睡眠模式，可被任意一个NVIC响应的中断唤醒;

WFE指令进入睡眠模式，可被唤醒事件唤醒。

12.1.8 停止模式

执行完WFI/WFE指令后，STM32进入停止模式，程序暂停运行，唤醒后程序从暂停的地方继续运行；

1.8V供电区域的所有时钟都被停止，PLL、HSI和HSE被禁止，SRAM和寄存器内容被保留下来；

在停止模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态；

当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时，HSI被选为系统时钟；

我们的程序，默认再SystemInit函数里的配置，是使用的HSE外部高速时钟，通过PLL倍频，得到72MHz主频，但是进入停止模式后，PLL和HSE都停止了，而且在退出停止模式时，它并不会再自动帮我们开启PLL和HSE，而是默认用HSI的8MHz，直接作为主频，所以说如果忽略了这个问题，那么就会出现一个现象，程序刚上电是72MHz的主频，但是进入停止模式，再唤醒之后，就变成8MHz的主频了。所以我们一般在唤醒后，第一时间就是重启HSE，配置主频为72MHz，这个操作也不麻烦，配置函数已经写好了，我们只需要再调用SystemInit就行。

当电压调节器处于低功耗模式下，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，可被任意一个EXTI中断唤醒；

WFE指令进入停止模式，可被任意一个EXTI事件唤醒；

12.1.9 待机模式

执行完WFI/WFE指令后，STM32进入待机模式，唤醒后程序从头开始运行；

整个1.8V供电区域被断电，PLL、HSI和HSE也被断电，SRAM和寄存器内容丢失，只有备份的寄存器和待机电路维持供电；

在待机模式下，所有的I/O引脚变为高阻态（浮空输入）；

对于输出来说，既不输出高电平，也不输出低电平，呈现高阻态；对于输入来说，不上拉也不下拉，呈现浮空输入状态。实际上GPIO的配置里，没有高阻态这个配置，它其实就是浮空输入配置，浮空输入，对于输出而言，就是高阻态。所以说如果提前点了个灯，进入待机模式后，无论这个灯是高电平点亮，还是低电平点亮，它都会熄灭，GPIO对外不输出高低电平，也不流过电流。

WKUP引脚的上升沿、RTC闹钟事件的上升沿、NRST引脚上外部复位、IWDG复位退出待机模式。

12.2 修改主频

12.2.1 硬件电路

12.2.2 软件部分

（1）复制《OLED显示屏》工程并改名为《修改主频》

（2）修改"system_stm32f10x.c"文件权限

有关主频的参数在"system_stm32f10x.c"里，但这个文件默认是只读的，因此要写修改其权限。

（3）修改"system_stm32f10x.c"文件频率参数

（4）main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"                      // 调用延时头文件
#include "OLED.h"

uint8_t KeyNum;

int main(void)
{
	OLED_Init();                        // 初始化OLED屏幕
	OLED_ShowString(1,1,"SYSCLK:");
	OLED_ShowNum(1,8,SystemCoreClock,8);	
	while(1)
	{	
        OLED_ShowString(2,1,"Running:");
		Delay_ms(500);                  //注意，主频修改后Delay函数的时钟发生变换，所以主频修改后这里也应该进行相应修改
		OLED_ShowString(2,1,"        ");
		Delay_ms(500);
	}
}

主频修改后相应得延时函数也得跟着更改才能保证准确性，所以一般不建议修改主频。

12.3 睡眠模式+串口发送+接收

12.3.1 硬件电路

12.3.2 软件部分

（1）复制《串口发送+接收》并改名为《睡眠模式+串口发送+接收》

在《串口发送+接收》的基础上，我们要为它加入低功耗的代码，假设我们目前要用STM32在做一个下位机，下位机接收到电脑发过来的指令，然后执行相应的功能，电脑随时都可能通过串口发送指令，当然也可以几个小时、几天都不发送指令，为了随时能响应指令，STM32就得时刻准备着，比如以下代码就一直在不断地检查标志位，但是如果一直不发指令，这些操作都没啥意义，还比较费电。当然你可能说把这段代码放在中断里就行了，但是即使主循环是空的，它CPU也是在不断耗电的，所以对于这种靠中断触发，就没什么事的代码，我们就可以给它加入低功耗模式，没事的时候就低功耗，中断来了，再醒来干活就行了。对于当前这个代码可以加入哪一种低功耗模式呢？

首先，睡眠模式，CPU时钟关闭，程序不再执行，但是外设的时钟不会关，USART硬件电路还是可以接收数据的，USART收到数据后，产生中断，唤醒CPU，所以睡眠模式可以。

之后，停机模式（停止模式），这个模式下，所有1.8V区域的时钟都关了，CPU和外设都不能运行，那自然USART也收不到数据，产生不了中断了，并且USART的中断也不能唤醒停止模式，所以当前这个程序功能，用不了停止模式。所以待机模式自然也不行了。

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"                      // 调用延时头文件
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"


uint8_t RxData;

int main(void)
{
	OLED_Init();                                 // 初始化OLED屏幕
	OLED_ShowString(1,1,"RxData:");
	Serial_Init();
	while(1)
	{	
		if(Serial_GetRxFlag()== 1)  //if成立，就说明收到数据了
		{	
			RxData = Serial_GetRxData();
			Serial_SendByte(RxData);
			OLED_ShowHexNum(1,8,RxData,2);     
			//无需手动清零
		}
	}
}

（2）main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"                      // 调用延时头文件
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"


uint8_t RxData;

int main(void)
{
	OLED_Init();                                 // 初始化OLED屏幕
	OLED_ShowString(1,1,"RxData:");
	Serial_Init();
	while(1)
	{	
		if(Serial_GetRxFlag()== 1)  //if成立，就说明收到数据了
		{	
			RxData = Serial_GetRxData();
			Serial_SendByte(RxData);
			OLED_ShowHexNum(1,8,RxData,2);     
			//无需手动清零
		}
		OLED_ShowString(2,1,"Running");
		Delay_ms(100);
		OLED_ShowString(2,1,"       ");
		Delay_ms(100);
		__WFI();          //中断唤醒，推荐使用中断唤醒，程序会在这里进入睡眠模式，然后产生中断后继续运行
//		__WFE();          //事件唤醒，配置比较麻烦
		/*不开启睡眠模式时，循环会不断执行，开启睡眠模式后，循环只在中断唤醒发生后执行*/
		
	}
}

不开启睡眠模式时，循环会不断执行，开启睡眠模式后，循环只在中断唤醒发生后执行。

这里直接使用

__WFI();

进入睡眠模式，在相当于使用了默认的立刻睡眠模式，即下图所示的SLEEPONEXIT=0；

如果一定需要修改，参照下图。

12.4 停止模式+对射式红外传感器计次

12.4.1 硬件电路

12.4.2 软件部分

（1）复制《对射式红外传感器计次》并更改名为《停止模式+对射式红外传感器计次》

（2）外部中断是不需要时钟的，因此可以采用停止模式来让它工作。

（3）PWR库函数

void PWR_DeInit(void);                                //恢复缺省配置
void PWR_BackupAccessCmd(FunctionalState NewState);   //使能后备区域的访问
void PWR_PVDCmd(FunctionalState NewState);            //使能PVD功能
void PWR_PVDLevelConfig(uint32_t PWR_PVDLevel);       //配置PVD的阈值电压
void PWR_WakeUpPinCmd(FunctionalState NewState);      //使能位于PA0位置的WKUP引脚，配合待机模式使用
void PWR_EnterSTOPMode(uint32_t PWR_Regulator, uint8_t PWR_STOPEntry);        //进入停止模式，调用这个函数就可以进入停止模式
void PWR_EnterSTANDBYMode(void);                      //进入待机模式
FlagStatus PWR_GetFlagStatus(uint32_t PWR_FLAG);      //获取标志位
void PWR_ClearFlag(uint32_t PWR_FLAG);                //清除标志位

（4）注意下载程序时：1.按住复位键不动；2.点下载按钮；3.及时从开复位键。

（5）注意：这里如果中断函数里写了延时函数，会出现卡住不动的情况，把中断函数去掉。

（6）main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"                      // 调用延时头文件
#include "OLED.h"
#include "CountSensor.h"

uint8_t KeyNum;

int main(void)
{
	OLED_Init();                                 // 初始化OLED屏幕
	CountSensor_Init();
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);    //开启PWR的外设时钟控制
	OLED_ShowString(1,1,"Count:");          // 在1行3列显示字符串
	while(1)
	{	
		OLED_ShowNum(1,7,CountSensor_Get(),5);    //将中断次数显示到OLED屏幕上
		OLED_ShowString(2,1,"Running");
		Delay_ms(100);
		OLED_ShowString(2,1,"       ");
		Delay_ms(100);
		PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_ON,PWR_STOPEntry_WFI);   //第一个参数开启电压调节器在停止模式里的状态，WFI模式进入停止
		SystemInit();
		/*我们的程序，默认再SystemInit函数里的配置，是使用的HSE外部高速时钟，通过PLL倍频，得到72MHz主频，但是进入停止模式后，
		PLL和HSE都停止了，而且在退出停止模式时，它并不会再自动帮我们开启PLL和HSE，而是默认用HSI的8MHz，直接作为主频，所以说如果忽略了这个问题，
		那么就会出现一个现象，程序刚上电是72MHz的主频，但是进入停止模式，再唤醒之后，就变成8MHz的主频了。所以我们一般在唤醒后，第一时间就是重启HSE，
		配置主频为72MHz，这个操作也不麻烦，配置函数已经写好了，我们只需要再调用SystemInit就行。*/
	}
}

12.5 待机模式+实时时钟

12.5.1 硬件电路

12.5.2 软件部分

（1）复制《实时时钟》工程并改名为《待机模式+实时时钟》

（2）main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"                      // 调用延时头文件
#include "OLED.h"
#include "MyRTC.h"

uint8_t KeyNum;

int main(void)
{
	OLED_Init();                                 // 初始化OLED屏幕
	MyRTC_Init();
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);
	
	OLED_ShowString(1,1,"CNT :");                // 显示计数器
	OLED_ShowString(2,1,"ALR :");                // 显示闹钟值
	OLED_ShowString(3,1,"ALRF:");                // 闹钟标志位
	
	PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE);                    // WAKEUP上升沿唤醒待机
	
	uint32_t Alarm = RTC_GetCounter()+10;        // 因为闹钟值寄存器是只写的，写进去读不出来，所以用一个变量存一下
	RTC_SetAlarm(Alarm);           // 设置闹钟值为当前的10秒后  
	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);
		OLED_ShowString(4,9,"STANDBY");  
		Delay_ms(100);
		OLED_ShowString(4,9,"        ");  
		Delay_ms(100);
		OLED_Clear();                    //模拟OLED进入待机模式
		PWR_EnterSTANDBYMode();          //STM进入待机模式前应当让其他外设先进入待机模式
	}
	
}

（3）使用待机模式一样要把能关的电路都关掉，才能实现最大限度的省电。