STM32外设学习--PWR电源控制

上次我们完成了BKP和RCT实时闹钟的学习，这次为我们完成PWR电源控制的学习。

一.PWR简介

1.简介

第一条的作用是，只要我们直到，可编程电压检测器和低功耗模式。

第二条我们需要注意的是。假如一个设备，使用电池供电，或者对安全要求比较高的设备，如果供电电压再不断下降，再电压过低的情况下，可能回导致外部或者内部电路发生不确定的错误，为了避免不确定因素，在电源电压低于设置的阈值时，我们可以主动出击，提前发出警告，并且关闭比较危险设备。

第三条，睡眠模式，停机模式，待机模式。尤其是像是一些，使用电池供电的设备，对空闲时候的耗电量是有极大要求的。比如设备采集设备，车钥匙，遥控器，报警器等等。这些产品都有各自的特点，就是在他们的声明周期里，绝大部分时间都是空闲状态。

但是我们知道，单片机程序一旦开始，在正常运行的情况下，程序永远都不会停下来。所以主程序的最后一般都是一个死循环。但是程序运行就会耗电，空循环的耗电量也是很大的。比如遥控器，如果程序用不到他的时候，他一直空循环，那么用不了多久就没电了。这显然是不行的，所以我们就需要引入，低功耗模式，在空闲状态时，关闭不必要的硬件。

但是在低功耗模式下，我们也需要保留唤醒电路，比如说串口接收数据的唤醒，外部中断唤醒。RTC闹钟唤醒等等。

2电源框图

这个图就是STM32内部的供电方案

（1）模拟部分供电VDDA

这其中PLL是锁相环。VDDA是供电正极，VSSA是供电负极。其中A/D转换器还有两根参考电压的供电引脚VREF+，VREF-。这两个引脚会在引脚多的时候单独印出来，但是我们的C8T6中VREF+，VREF-在内部就接到了VDDA和VSSA中了。

（2）数字部分供电VDD

这一部分有两个部分组成，一个是VDD供电区域，其中包括了I/O电路，待机电路，唤醒逻辑和独立看门狗，右边是VDD通过电压调节器，降低到1.8V，提供给后面的1.8V供电区域。

可以看到在STM32中存储器和外设，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候。才会通过I/O电路转哈的3.3V。使用低电压运行的目的是降低功耗

我们只需要记住，CPU核心存储器和数字外设都属于1.8V供电区。然后电压调节器，他的作用是给1.8V区域供电

（3）后备供电

RTC 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。然后这里有个低电压检测器，可以控制前面的开关。VDD有电时由VDD供电，VDD没电时候，由VBAT供电。

3.上电复位和掉电复位

这个意思时当VDD或者VDDA电压过低时，内部电路自动产生复位，让STM32复位住，不要乱操作。这个复位和不复位之间，设置了一个40mv迟滞电压。大于上线POR时解除复位，小于下限PDR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为了防止，电压在某个阈值附近波动。造成输也来回抖动。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。中间电压正常时候不复位。那么这个电压上线和下限是多少V呢，还有滞后时间是多久呢。

我们可以查一下手册，可以看到这里写了上电或掉电的复位阈值。下降沿是POR掉电复位的阈值下限，上升沿是是POR上电复位的阈值上限。下限典型就是1.88V。上限典型就是1.92V。1.92-1.88就是迟滞的阈值，40mV。如果忽略迟滞的话就是大于1.9V上电，低于19V掉电。接着是复位持续时间，典型值是1.9ms。

4.可编程电压检测器

可编程电压检测器简称PVD。他的工作流程和上面差不多。都是检测VDD和VDDA的供电电压。但是PVD的区别就是，首先他这个阈值电压是可以使用程序指定的。调节的范围可以看一下数据手册。

配置PLS的三个位就可以选择右边这么多的阈值。因为这里也同样是迟滞比较。所以有两个阈值。

可选范围是2.2V到2.9V左右。

PVD上限和下限的迟滞电压是100mV。可以看到PVD的电压是比上电掉电复位的电压要高的。

画个图就是，3.3V是正常供电，当这个电压降低。在2.9V到2.2V之间，属于PVD监测的范围。可以通过PVD设置一个警告线，之后再降低，到1.9V就是复位电路的监测范围。低于1.9V直接复位住，不允许动作。这就是这两个电压检测的任务。

当然PVD触发之后，芯片还是能正常工作的。只不过是电源电压降低，该提醒用户了。所以下面的PVD输出是正逻辑，电压过低时候为1，正常时候为0。这个信号可以申请中断，再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。另外这个PVD的中断申请是通过外部中断来实现的。

我们可以看一下外部中断这个图，发现PVD中断在这里，所以我们要使用中断的话，记得配置一下外部中断。

然后下面这里还有RTC，这个是RTC的闹钟信号。也有进到外部中断。其实RTC自己是有中断的。那么为什么还要接到外部中断呢。这个等下就知道了，因为低功耗的模式设计的是，只有外部中断可以唤醒停止模式。其他设备也想唤醒停止模式的话，都可以通过借助外部中断来实现。

剩下的USB和ETH也都是之后他们的WeakUp唤醒信号接过来了，目的也是为了唤醒停止模式。

二.低功耗模式（重点）

1.低功耗模式一揽

第一列就是有哪几种模式。第二列是如何配置才能进入我们想要的模式。第三列是进入这些模式之后如何进行唤醒。最后三列是每种模式对电路的操作。关闭了那些东西，就是那些电路就不能用了保留了那些东西，就是那些电路可以工作。

首先低功耗模式有3钟，越往下关闭的电路越多。对应的从上到下是越来越省电。同时从上到下也是越来越难唤醒的。

2.睡眠模式

小睡一会。

如何进入呢，这里写了，直接调用WFI或者WFE，即可进入。这两个东西是内核的指令。对应库函数里也有对应的函数。直接调用函数即可，其中WFI的意思是Wait ForInterrupt，等待中断。意思就是先睡眠，如果有中断发生的话，再叫我起来，所以对应的唤醒条件就是任意中断。任何外设的任何中断发生时芯片都会醒来，所以醒来之后的第一件事就是处理中断。

WFE是Wait For Event，等待事件。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配置的睡眠模式，产生唤醒事件时候，会立刻醒来。醒来之后一般不需要进中断函数。直接从睡得地方继续运行。

WFI和WFE相同点是，调用任意一个之后芯片都会进入睡眠，不同点是WFI进入需要中断唤醒，WFE进入的得用事件唤醒。

我们看一下影响，可以看到的是，睡眠模式只会把CPU时钟关了，对其他电路没有任何操作。CPU时钟关了，程序就会暂停，不会继续运行了。CPU不运行，功耗就会降低。这里还可以看出，关闭电路通常有两个做法，一个是关闭时钟，一个是关闭电源。

关闭时钟，所有的运算和涉及程序的操作都会暂停。但是寄存器里面的数据还可以维持，不会消失。关闭电源，就是电路直接断电，电路的操作和数据都会直接丢失。所以关闭电源比关闭时钟更省电。

电压调节器，实际上就是1.8V区域的电源，电压调节器关，就相当于把1.8V区域断电。

3.停机模式

首先，SLEEPDEEP设置为就是告诉CPU你可以深度睡眠了。PDDS这一位用来区分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要预先设置为0。LPDS用来设置电压调节器。开启或者进入低功耗模式。LPDS=0电压调节器开启，LPDS=1电压调节器进入低功耗。

最后我们把所有位设置好了，在调用WFI或者WFE芯片就可以进入停止模式了。

因为这个模式下，芯片睡得更深。关的东西更多，所以唤醒条件就苛刻一些。是任一外部中断，刚刚我们提到的PVD，RTC闹钟，USB唤醒，ETH唤醒，借到了外部中断，所以这四个信号也可以唤醒停止模式。另外这里并没有区分WFI和WFE。也可以想象的到，WFI要用外部中断的中段模式唤醒，WFE要用外部中断的事件模式唤醒。

首先关闭所有1.8V区域的时钟。这里的意思就是，不仅CPU不能运行了，就连外设也不可以运行了。定时器正在定时的会暂停，串口收发数据也会暂停。不过由于没有关闭电源。所以CPU和外设的寄存器数据都是维持原状的。

既然CPU和外设时钟都关了，那么HSI和HSE这两个告诉时钟也没必要了，所以HSI内部高速时钟，和HSE外部高速时钟也都会关闭。当然没有提到的LSI内部低速时钟，和LSE外部低速时钟这两个并不会主动关闭。如果开启了这两个时钟，那么还可以继续运行。

之后电压调节器可以选择开启，或者低功耗。刚刚说了这个电压调节器，是由LPDS位控制的，这个开启和低功耗模式有什么区别呢。其实区别不大，因为电压调节器无论是开启还是低功耗，都可以维持1.8V区域寄存器和寄存器数据内容。区别就是低功耗模式更省电一些。同时低功耗模式在唤醒时，要花更多的时间。相反开启的话，就是唤醒更快，但是功耗高一些。

4.待机模式

进入模式，首先SLEEPDEEP位置1，进入深度睡眠模式。PDDS位置1，表示进入待机模式，最后调用WFI和WFE。

然后看一下唤醒条件。普通外设的中断和外设中断，都无法唤醒待机模式。待机模式只有这几个指定的信号才可以唤醒。第一个是WKUP引脚的上升沿。

可以看一下就是PA0的上升沿。

第二个是RTC闹钟事件。第三个是NRST引脚上的外部复位。意思就是按一下复位键，也是可以唤醒的。最后一个IWDG独立看门狗复位，之后我们会介绍。

之后待机模式，对能关的电路都关了，1.8V区域时钟关闭，两个高速时钟关闭，电压调节器关闭。这就意味着1.8V区域的电源关闭。内部存储器和寄存器数据全部丢失。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。

三.总结一下

1.模式选择问题

WFI和WFE这两条指令是触发STM32低功耗模式的触发条件。配置其他的寄存器要在这两个指令之前。一旦WFI或者WFE执行了，系统怎么判断是哪个模式呢。

首先会判断SLEEPDEEP位是1还是0，等于0就是浅睡眠，等于1就是深睡眠，对应额度就是停机/待机模式。在普通睡眠模式下，还有一个划分就是SLEEPONEXTI来决定，SLEEPONEXTI=0时无论程序在哪里调用WFI/WFE时候都会立刻进入睡眠模式。SLEEPONEXTI=1时，执行WFI/WFE之后，会等待中断退出，等所有中断处理完成之后，在进入睡眠。这个考虑到中断还有一些紧急的任务。最好不要被睡眠打断了。这两个我们一般不用管，只要不在中断函数里调用WFI或者WFE，其实他们效果时一样的。我们可以把WFI和WFE放在主程序里，如果执行主程序了，那么中断肯定完成了。

下面的进入深度睡眠模式，他会进一步判断，PDDS位，如果PDDS=0，就进入的时停机模式，如果PDDS=1，就进入的是待机模式，在停机模式下，会继续判断LPDS位，如果LPDS=0就是电压调节器开启，如果LPDS=1，就是电压调节器低功耗。电压调节器低功耗的特性就是更省电，但是唤醒延迟更高。

2.睡眠模式特性

第一条，一般我们可以在主循环最后，执行以下WFI/WFE。主循环执行一遍就睡眠。然后唤一次后，主循环又会执行一边，在睡眠。每唤醒一次，主循环执行一遍。

第二条，上面讲过。

第三条，比如在程序里点灯，灯点亮了在进行睡眠，灯仍然是亮的GPIO引脚的高低电平，在进入睡眠时是维持原样的。

最后两条，这个唤醒事件还是有些复杂的。可以看一下手册。

在手册睡眠模式这一节，有详细说明。

3.停止模式特性

第一条，因为水淼模式和停止模式，存储器的内容都可以维持，所以唤醒后程序可以在暂停的地方继续运行。

第二条，CPU和外设的时钟都停止，但是没有断电，SRAM和寄存器的数据还可以维持。

第三条，这个和睡眠模式一样，因为没有关闭电源，所以GPIO在进入睡眠或者停止模式时暂停。并且高低电平，维持暂停前一时刻的状态。

第四条，这一条是设计编程的注意事项。我们的程序默认是使用SystemInit里面的配置是使用的HSE外部高速时钟，通过PLL（锁相环）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候，它并不会自动帮我们开启PLL和HSE，而是默认用HSI的8MHz直接作为主频。所以如果忽略了这个问题，就会有一个现象。程序刚上电是72Mhz主频，但是进入停止模式，再唤醒之后就是8MHz的主频了这是一个问题，所以我们一般在停止模式唤醒之后第一时间就是重新启动HSE，配置主频为72MHz。这个也不麻烦，配置函数已经被写好了，我们只需要调用SystemInit函数就可以了。

第五条，这个就是电压调节器开启或低功耗模式的区别。

最后两条就是WFI和WFE的区别。

4.待机模式特性

第一条，待机模式唤醒，程序是从新开始执行。因为待机模式把内部的电源大部分都断了，数据也消失了，所以需要从头开启。

第二条，除了备用部分，基本上都断电，断时钟。

第三条，不是所有io口，这里是错误的，只有未被配置的io口会是高阻态。比如提前点灯，进入待机模式后，无论高电平还是低电平点亮，都是会熄灭，GPIO对外不输出高低电平，也不流过电流

第四条，就是待机模式的唤醒条件。

四.查看手册

1.数据手册

点击

这个是从flash运行的耗电数据

正常模式下的电流。可以看到降低主频是非常省电的，如果对频率要求不高，可以适当降低主频。

从SRAM运行的耗电数据

和上面差别不大

主频，温度和耗电的关系。

睡眠模式下的电流。

停机模式下的供应电流和待机模式下的供应电流，可以看到相当省电了。这个电流的单位是uA级别，正常模式和睡眠模式的电流都是mA级别。举个例子，比如有一个300mA的电池，然后正常模式是30mA可以用10小时，停机模式电流是30uA能用10000小时，待机模式电流是3uA能用100000个小时。

最后可以看到备用区域的电流也非常低，RTC开启的时候才1.4uA。

2.参考手册

点击，

这时VERF和VDDA引脚的介绍。

电池备份区域。这里有一些警告和建议。

还有一个注，是需要注意的。这里特别提示了PC13和PC15端口绝对不能驱动LED。但是我们最小系统板，有两个LED，一个是电源指示灯，一个是接在GPIO口的测试灯。并且接在GPIO口的测试灯，正好接在PC13口。所以说这个STM32的最小系统设计违背了这一注意事项，不过好在，贴片LED的电流要求不大，目前没有什么问题。