理解STM32的低功耗模式

低功耗模式简介

TM32的低功耗模式是特别设计来减少微控制器在不活跃状态下的能耗。这些模式允许STM32在保持核心功能的同时尽可能减少电力消耗，适合用在电池供电或需长期运行的场景。理解各种低功耗模式如何节能，主要包括以下几个方面：

关闭时钟信号：在微控制器非活跃阶段关闭CPU和不必要外围设备的时钟信号，减少硬件运行所消耗的能量。
降低工作频率：通过降低微控制器的工作频率，减少能量消耗。
停止不必要的外围设备：如果外围设备（如ADC，通讯接口）暂时不需要，将它们关闭或设置成低能耗状态。
利用休眠状态：在设备不需要执行任务时进入休眠状态，某些模块和处理器核心完全关闭，仅保持极少量电路活跃以保持必要状态或等待唤醒信号。
唤醒机制：在需要的时候，可以通过外部事件（如按键、定时器或其他中断源）快速唤醒微控制器。

通过对这些策略的应用，可以使STM32在不牺牲功能性的情况下，有效延长电池寿命，优化能源使用。

STM32的不同低功耗模式差异

Sleep模式：

特点：在该模式下，CPU停止工作，但所有外设仍然运行，时钟继续运转。
适用场景：当应用只需要暂时关闭CPU但外围设备（如ADC，通信接口）需要继续工作时使用。

Stop模式：

特点：进入Stop模式时，CPU和核心外围设备的时钟会停止，仅有部分唤醒源仍然运行，如外部中断和某些定时器。
适用场景：适用于需要长时间等待外部事件唤醒的应用，比如等待用户输入或外部信号。

Standby模式：

特点：Standby模式会关闭CPU、外围设备和时钟，只保留唤醒逻辑和备份寄存器。电源开关电路（PWR）的电源电压监测器（PVD）继续工作，可以监视电源电压。
适用场景：当设备不需要保留RAM内容且可以从复位状态恢复时使用，常见于需要极低功耗且稀疏唤醒的应用。

Shutdown模式：

特点：这是最节能的模式，几乎所有电源都会关闭，仅保持唤醒逻辑和少部分寄存器。除了低功耗唤醒和复位电路，收发器的唤醒引脚也保持激活。
适用场景：适合于极端省电场合，可以忍受较长的启动时间。

唤醒机制

Sleep模式下的唤醒：

中断信号：任何配置好的可用中断都可以从Sleep模式唤醒STM32，包括外部GPIO中断或内部模块产生的中断。
事件：像DMA传送完成或从等待模式中的事件可以唤醒。

Stop模式下的唤醒：

外部中断：通过配置的引脚检测到外部信号变化（如按键按下）可以唤醒STM32。
RTC唤醒：实时时钟（RTC）中断或者唤醒定时器到期事件可以从Stop模式中唤醒微控制器。

Standby模式下的唤醒：

唤醒引脚（Wake-up Pin）：STM32的某些引脚可以配置为唤醒引脚，当这些引脚检测到特定信号（通常是高电平或低电平信号）时可以唤醒微控制器。
RTC事件：和Stop模式类似，具有唤醒功能的RTC事件也可以用来从Standby模式唤醒。

Shutdown模式下的唤醒：

唤醒引脚：即使在Shutdown模式，某些特定的唤醒引脚也是可以配置并激活的，并可以通过边沿或电平触发来唤醒微控制器。
RTC唤醒：实时时钟设定唤醒事件是另一种常见的从Shutdown模式中唤醒STM32的方式。

实战代码示例

Sleep模式：

#include "stm32f10x.h"
 
void Enter_SleepMode(void) {
    // 以下是进入Sleep模式前的相关设置
    // 配置中断唤醒源等...
 
    // 设置SLEEPONEXIT位，CPU退出所有中断服务函数后直接进入睡眠模式
    SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPONEXIT_Msk;
    
    // 进入Sleep模式
    __WFI(); // 使用WFI指令进入Sleep模式
}

Stop模式：

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_pwr.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
 
void Enter_StopMode(void) {
    // 先关闭所有用不到的外设的时钟以节省能耗
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, DISABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, DISABLE);
    // 其它外设时钟也要关闭
 
    // 配置中断唤醒源等...
 
    // 进入Stop模式
    PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);
}

Standby模式：

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_pwr.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
 
void Enter_StandbyMode(void) {
    // 配置唤醒引脚或RTC等唤醒源
 
    // 设置PDDS位进入Standby模式
    PWR->CR |= PWR_CR_PDDS;
 
    // 清除Wake-up标志
    PWR->CR |= PWR_CR_CWUF;
    
    // 进入Standby模式
    __WFI();
}

Shutdown模式：

请注意，标准外设库不直接支持Shutdown模式，因为这是STM32L4系列种特有的模式，属于低功耗模式的一种。对于使用标准库的STM32F1系列，最接近于Shutdown模式的是Standby模式。

注意事项：

这些示例代码针对的是STM32F1系列的微控制器。对于其它系列（如STM32F4或STM32L4），代码会稍有不同，因为不同系列的STM32可能有轻微不同的低功耗模式功能。

在进入低功耗模式之前，通常需要关闭或配置为低能耗状态的外设，以及配置唤醒源或重置源。

上面的代码片段主要涉及到电源管理部分的代码，实际应用中还需要添加外设初始化、中断配置和必要的外围逻辑。

如需进入低功耗模式之前或唤醒后执行特定操作，请根据应用实际需要补充相关功能代码。

请根据实际的微控制器型号和开发需求，查阅对应的参考手册，在理解了每个函数和寄存器操作的含义后，将这些代码片段整合到你的项目中。

唤醒操作实战代码

进入STM32低功耗模式后，你需要提前配置好一个或多个唤醒源，并在唤醒后执行相应的操作。这些唤醒源通常包括外部中断、定时器、实时时钟（RTC）事件等。以下是如何配置唤醒源以及唤醒后如何执行特定操作的示例：

一、配置外部中断作为唤醒源

以配置GPIO为外部中断作为唤醒Stop模式为例：

#include "stm32f10x.h"
#include "misc.h"
 
void EXTI0_IRQHandler(void) {
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {
        // 执行唤醒后的操作
        // ...
 
        // 清除中断标志位
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    }
}
 
void Configure_EXTI(void) {
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    
    // Configure NVIC
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn; // Enable external interrupt channel
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x0; // Preemption Priority
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x0; // Sub Priority
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; // Enable interrupt channel
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    // Configure EXTI Line0
    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0; // Line0
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt; // Interrupt mode
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising; // Rising edge trigger
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE; // Enable line
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
}
 
void Enter_StopMode(void) {
    // 配置中断和停止模式等...
 
    // 进入Stop模式
    PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);
}
 
int main(void) {
    // 初始化代码，配置GPIO等...
    Configure_EXTI();
    Enter_StopMode();
    
    while(1) {
        // 微控制器醒来后会继续在这里执行
    }
}

二、配置实时时钟（RTC）唤醒

以RTC唤醒作为例：

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_rtc.h"
#include "stm32f10x_pwr.h"
#include "misc.h"
 
void RTC_IRQHandler(void) {
    if(RTC_GetITStatus(RTC_IT_ALR) != RESET) {
        // 执行唤醒后的操作
        // ...
 
        // 清除RTC闹钟中断
        RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_ALR);
        // 等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
        RTC_WaitForLastTask();
    }
}
 
void Configure_RTC(uint32_t time) {
    // 启用PWR和BKP时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);
    
    // 允许访问备份寄存器
    PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);
    
    // 备份寄存器复位
    BKP_DeInit();
    
    // 启用LSE
    RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);
    // 等待直到LSE稳定
    while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET) {}
 
    // 设置RTC时钟源
    RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);
    
    // 启用RTC
    RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);
    
    // 等待RTC寄存器同步
    RTC_WaitForSynchro();
    
    // 等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
    RTC_WaitForLastTask();
    
    // 设置RTC预分频器，设置时钟为1Hz
    RTC_SetPrescaler(32767);
    
    // 等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
    RTC_WaitForLastTask();
    
    // 设置唤醒时间
    RTC_SetAlarm(time);
    // 等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
    RTC_WaitForLastTask();
    
    // 允许闹钟中断
    RTC_ITConfig(RTC_IT_ALR, ENABLE);
    // 等待最近一次对RTC寄存器的写操作完成
    RTC_WaitForLastTask();
}
 
int main(void) {
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
 
    // 配置中断
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = RTC_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
 
    // 配置RTC唤醒
    Configure_RTC(5); // 设置闹钟在5秒钟后触发
    Enter_StopMode();
    
    while(1) {
        // 微控制器醒来后会继续在这里执行
    }
}