STM32 电源管理低功耗模式介绍_brownout reset voltage

42.1 STM32的电源管理简介

电源对电子设备的重要性不言而喻，它是保证系统稳定运行的基础，而保证系统能稳定运行后，又有低功耗的要求。在很多应用场合中都对电子设备的功耗要求非常苛刻，如某些传感器信息采集设备，仅靠小型的电池提供电源，要求工作长达数年之久，且期间不需要任何维护；由于智慧穿戴设备的小型化要求，电池体积不能太大导致容量也比较小，所以也很有必要从控制功耗入手，提高设备的续行时间。因此，STM32有专门的电源管理外设监控电源并管理设备的运行模式，确保系统正常运行，并尽量降低器件的功耗。

42.1.1 电源监控器

STM32芯片主要通过引脚VDD从外部获取电源，在它的内部具有电源监控器用于检测VDD的电压，以实现复位功能及掉电紧急处理功能，保证系统可靠地运行。

1.    上电复位与掉电复位(POR与PDR)

当检测到VDD的电压低于阈值VPOR及VPDR时，无需外部电路辅助，STM32芯片会自动保持在复位状态，防止因电压不足强行工作而带来严重的后果。见图 421，在刚开始电压低于VPOR时(约1.72V)，STM32保持在上电复位状态(POR，Power On Reset)，当VDD电压持续上升至大于VPOR时，芯片开始正常运行，而在芯片正常运行的时候，当检测到VDD电压下降至低于VPDR阈值(约1.68V)，会进入掉电复位状态(PDR，Power Down Reset)。

图 421 POR与PDR

2.    欠压复位(BOR)

POR与PDR的复位电压阈值是固定的，如果用户想要自行设定复位阈值，可以使用STM32的BOR功能(Brownout Reset)。它可以编程控制电压检测工作在表 421中的阈值级别，通过修改"选项字节"(某些特殊寄存器)中的BOR_LEV位即可控制阈值级别。其复位控制示意图见图 422。

表 421 BOR欠压阈值等级

图 422 BOR复位控制

3.    可编程电压检测器PVD

上述POR、PDR以及BOR功能都是使用其电压阈值与外部供电电压VDD比较，当低于工作阈值时，会直接进入复位状态，这可防止电压不足导致的误操作。除此之外，STM32还提供了可编程电压检测器PVD，它也是实时检测VDD的电压，当检测到电压低于VPVD阈值时，会向内核产生一个PVD中断(EXTI16线中断)以使内核在复位前进行紧急处理。该电压阈值可通过电源控制寄存器PWR_CSR设置。

使用PVD可配置8个等级，见表 422。其中的上升沿和下降沿分别表示类似图 422中VDD电压上升过程及下降过程的阈值。

表 422 PVD的阈值等级

42.1.2 STM32的电源系统

为了方便进行电源管理，STM32把它的外设、内核等模块跟据功能划分了供电区域，其内部电源区域划分见图 423。

图 423 STM32的电源系统

从框图了解到，STM32的电源系统主要分为备份域电路、内核电路以及ADC电路三部分，介绍如下：

    备份域电路

STM32的LSE振荡器、RTC、备份寄存器及备份SRAM这些器件被包含进备份域电路中，这部分的电路可以通过STM32的VBAT引脚获取供电电源，在实际应用中一般会使用3V的钮扣电池对该引脚供电。

在图中备份域电路的左侧有一个电源开关结构，它的功能类似图 424中的双二极管，在它的上方连接了VBAT电源，下方连接了VDD主电源(一般为3.3V)，右侧引出到备份域电路中。当VDD主电源存在时，由于VDD电压较高，备份域电路通过VDD供电，当VDD掉电时，备份域电路由钮扣电池通过VBAT供电，保证电路能持续运行，从而可利用它保留关键数据。

图 424 双二极管结构

    调压器供电电路

在STM32的电源系统中调压器供电的电路是最主要的部分，调压器为备份域及待机电路以外的所有数字电路供电，其中包括内核、数字外设以及RAM，调压器的输出电压约为1.2V，因而使用调压器供电的这些电路区域被称为1.2V域。

调压器可以运行在"运行模式"、"停止模式"以及"待机模式"。在运行模式下，1.2V域全功率运行；在停止模式下1.2V域运行在低功耗状态，1.2V区域的所有时钟都被关闭，相应的外设都停止了工作，但它会保留内核寄存器以及SRAM的内容；在待机模式下，整个1.2V域都断电，该区域的内核寄存器及SRAM内容都会丢失(备份区域的寄存器及SRAM不受影响)。

    ADC电源及参考电压

为了提高转换精度，STM32的ADC配有独立的电源接口，方便进行单独的滤波。ADC的工作电源使用VDDA引脚输入，使用VSSA作为独立的地连接，VREF引脚则为ADC提供测量使用的参考电压。

42.1.3 STM32的功耗模式

按功耗由高到低排列，STM32具有运行、睡眠、停止和待机四种工作模式。上电复位后STM32处于运行状态时，当内核不需要继续运行，就可以选择进入后面的三种低功耗模式降低功耗，这三种模式中，电源消耗不同、唤醒时间不同、唤醒源不同，用户需要根据应用需求，选择最佳的低功耗模式。三种低功耗的模式说明见表 423。    

表 423STM32的低功耗模式说明

从表中可以看到，这三种低功耗模式层层递进，运行的时钟或芯片功能越来越少，因而功耗越来越低。

1.    睡眠模式

在睡眠模式中，仅关闭了内核时钟，内核停止运行，但其片上外设，CM4核心的外设全都还照常运行。有两种方式进入睡眠模式，它的进入方式决定了从睡眠唤醒的方式，分别是WFI(wait for interrupt)和WFE(wait for event)，即由等待"中断"唤醒和由"事件"唤醒。睡眠模式的各种特性见表 424。

表 424 睡眠模式的各种特性

2.    停止模式

在停止模式中，进一步关闭了其它所有的时钟，于是所有的外设都停止了工作，但由于其1.2V区域的部分电源没有关闭，还保留了内核的寄存器、内存的信息，所以从停止模式唤醒，并重新开启时钟后，还可以从上次停止处继续执行代码。停止模式可以由任意一个外部中断(EXTI)唤醒。在停止模式中可以选择电压调节器为开模式或低功耗模式，可选择内部FLASH工作在正常模式或掉电模式。停止模式的各种特性见表 425。

表 425 停止模式的各种特性

3.    待机模式

待机模式，它除了关闭所有的时钟，还把1.2V区域的电源也完全关闭了，也就是说，从待机模式唤醒后，由于没有之前代码的运行记录，只能对芯片复位，重新检测boot条件，从头开始执行程序。它有四种唤醒方式，分别是WKUP(PA0)引脚的上升沿，RTC闹钟事件，NRST引脚的复位和IWDG(独立看门狗)复位。

表 426 待机模式的各种特性

在以上讲解的睡眠模式、停止模式及待机模式中，若备份域电源正常供电，备份域内的RTC都可以正常运行、备份域内的寄存器及备份域内的SRAM数据会被保存，不受功耗模式影响。

42.2 电源管理相关的库函数及命令

STM32标准库对电源管理提供了完善的函数及命令，使用它们可以方便地进行控制，本小节对这些内容进行讲解。

42.2.1 配置PVD监控功能

PVD可监控VDD的电压，当它低于阈值时可产生PVD中断以让系统进行紧急处理，这个阈值可以直接使用库函数PWR_PVDLevelConfig配置成前面表 422中说明的阈值等级。

42.2.2 WFI与WFE命令

我们了解到进入各种低功耗模式时都需要调用WFI或WFE命令，它们实质上都是内核指令，在库文件core_cmInstr.h中把这些指令封装成了函数，见代码清单 241。

代码清单 421 WFI与WFE的指令定义(core_cmInstr.h文件)

1

2 /** \brief Wait For Interrupt

3

4 Wait For Interrupt is a hint instruction that suspends execution

5 until one of a number of events occurs.

6 */

7 #define __WFI __wfi

8

9

10 /** \brief Wait For Event

11

12 Wait For Event is a hint instruction that permits the processor to enter

13 a low-power state until one of a number of events occurs.

14 */

15 #define __WFE __wfe

对于这两个指令，我们应用时一般只需要知道，调用它们都能进入低功耗模式，需要使用函数的格式"__WFI();"和"__WFE();"来调用(因为__wfi及__wfe是编译器内置的函数，函数内部使用调用了相应的汇编指令)。其中WFI指令决定了它需要用中断唤醒，而WFE则决定了它可用事件来唤醒，关于它们更详细的区别可查阅《cortex-CM3/CM4权威指南》了解。

42.2.3 进入停止模式

直接调用WFI和WFE指令可以进入睡眠模式，而进入停止模式则还需要在调用指令前设置一些寄存器位，STM32标准库把这部分的操作封装到PWR_EnterSTOPMode函数中了，它的定义见代码清单 402。

代码清单 422 进入停止模式

1 /**

2 * @brief 进入停止模式

3 *

4 * @note 在停止模式下所有I/O的会保持在停止前的状态

5 * @note 从停止模式唤醒后，会使用HSI作为时钟源

6 * @note 调压器若工作在低功耗模式，可减少功耗，但唤醒时会增加延迟

7 * @param PWR_Regulator: 设置停止模式时调压器的工作模式

8 * @arg PWR_MainRegulator_ON: 调压器正常运行

9 * @arg PWR_LowPowerRegulator_ON: 调压器低功耗运行

10 * @param PWR_STOPEntry: 设置使用WFI还是WFE进入停止模式

11 * @arg PWR_STOPEntry_WFI: WFI进入停止模式

12 * @arg PWR_STOPEntry_WFE: WFE进入停止模式

13 * @retval None

14 */

15 void PWR_EnterSTOPMode(uint32_t PWR_Regulator, uint8_t PWR_STOPEntry)

16 {

17 uint32_t tmpreg = 0;

18

19 /* 设置调压器的模式 ------------*/

20 tmpreg = PWR->CR;

21 /* 清除 PDDS 及 LPDS 位 */

22 tmpreg &= CR_DS_MASK;

23

24 /* 根据PWR_Regulator 的值(调压器工作模式)配置LPDS,MRLVDS及LPLVDS位 */

25 tmpreg |= PWR_Regulator;

26

27 /* 写入参数值到寄存器 */

28 PWR->CR = tmpreg;

29

30 /* 设置内核寄存器的SLEEPDEEP位 */

31 SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;

32

33 /* 设置进入停止模式的方式-----------------*/

34 if (PWR_STOPEntry == PWR_STOPEntry_WFI) {

35 /* 需要中断唤醒*/

36 __WFI();

37 } else {

38 /* 需要事件唤醒 */

39 __WFE();

40 }

41 /* 以下的程序是当重新唤醒时才执行的，清除SLEEPDEEP位的状态*/

42 SCB->SCR &= (uint32_t)~((uint32_t)SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk);

43 }

这个函数有两个输入参数，分别用于控制调压器的模式及选择使用WFI或WFE停止，代码中先是根据调压器的模式配置PWR_CR寄存器，再把内核寄存器的SLEEPDEEP位置1，这样再调用WFI或WFE命令时，STM32就不是睡眠，而是进入停止模式了。函数结尾处的语句用于复位SLEEPDEEP位的状态，由于它是在WFI及WFE指令之后的，所以这部分代码是在STM32被唤醒的时候才会执行。

要注意的是进入停止模式后，STM32的所有I/O都保持在停止前的状态，而当它被唤醒时，STM32使用HSI作为系统时钟(16MHz)运行，由于系统时钟会影响很多外设的工作状态，所以一般我们在唤醒后会重新开启HSE，把系统时钟设置会原来的状态。

前面提到在停止模式中还可以控制内部FLASH的供电，控制FLASH是进入掉电状态还是正常供电状态，这可以使用库函数PWR_FlashPowerDownCmd配置，它其实只是封装了一个对FPDS寄存器位操作的语句，见代码清单 423。这个函数需要在进入停止模式前被调用，即应用时需要把它放在上面的PWR_EnterSTOPMode之前。

代码清单 423 控制FLASH的供电状态

1 /**

2 * @brief 设置内部FLASH在停止模式时是否工作在掉电状态

3 * 掉电状态可使功耗更低，但唤醒时会增加延迟

4 * @param NewState:

5 ENABLE:FLASH掉电

6 DISABLE:FLASH正常运行

7 * @retval None

8 */

9 void PWR_FlashPowerDownCmd(FunctionalState NewState)

10 {

11 /*配置FPDS寄存器位*/

12 *(__IO uint32_t *) CR_FPDS_BB = (uint32_t)NewState;

13 }

42.2.4 进入待机模式

类似地，STM32标准库也提供了控制进入待机模式的函数，其定义见代码清单 403。

代码清单 424 进入待机模式

1 /**

2 * @brief 进入待机模式

3 * @note 待机模式时，除以下引脚，其余引脚都在高阻态:

4 * -复位引脚

5 * - RTC_AF1 引脚 (PC13) (需要使能侵入检测、时间戳事件或RTC闹钟事件)

6 * - RTC_AF2 引脚 (PI8) (需要使能侵入检测或时间戳事件)

7 * - WKUP 引脚 (PA0) (需要使能WKUP唤醒功能)

8 * @note 在调用本函数前还需要清除WUF寄存器位

9 * @param None

10 * @retval None

11 */

12 void PWR_EnterSTANDBYMode(void)

13 {

14 /* 选择待机模式 */

15 PWR->CR |= PWR_CR_PDDS;

16

17 /* 设置内核寄存器的SLEEPDEEP位 */

18 SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;

19

20 /* 存储操作完毕时才能进入待机模式，使用以下语句确保存储操作执行完毕 */

21

22 __force_stores();

23

24 /* 等待中断唤醒 */

25 __WFI();

26 }

该函数中先配置了PDDS寄存器位及SLEEPDEEP寄存器位，接着调用__force_stores函数确保存储操作完毕后再调用WFI指令，从而进入待机模式。这里值得注意的是，待机模式也可以使用WFE指令进入的，如果您有需要可以自行修改；另外，由于这个函数没有操作WUF寄存器位，所以在实际应用中，调用本函数前，还需要清空WUF寄存器位才能进入待机模式。

在进入待机模式后，除了被使能了的用于唤醒的I/O，其余I/O都进入高阻态，而从待机模式唤醒后，相当于复位STM32芯片，程序重新从头开始执行。

42.3 PWR—睡眠模式实验

在本小节中，我们以实验的形式讲解如何控制STM32进入低功耗睡眠模式。

42.3.1 硬件设计

实验中的硬件主要使用到了按键、LED彩灯以及使用串口输出调试信息，这些硬件都与前面相应实验中的一致，涉及到硬件设计的可参考原理图或前面章节中的内容。

42.3.2 软件设计

本小节讲解的是"PWR—睡眠模式"实验，请打开配套的代码工程阅读理解。

1.    程序设计要点

(1)    初始化用于唤醒的中断按键；

(2)    进入睡眠状态；

(3)    使用按键中断唤醒芯片；

2.    代码分析

main函数

睡眠模式的程序比较简单，我们直接阅读它的main函数了解执行流程，见代码清单 242。

代码清单 425 睡眠模式的main函数(main.c文件)

1

2 /**

3 * @brief 主函数

4 * @param 无

5 * @retval 无

6 */

7 int main(void)

8 {

9

10 LED_GPIO_Config();

11

12 /*初始化USART1*/

13 Debug_USART_Config();

14

15 /* 初始化按键为中断模式，按下中断后会进入中断服务函数 */

16 EXTI_Key_Config();

17

18 printf("\r\n欢迎使用秉火 STM32 F429 开发板。\r\n");

19 printf("\r\n秉火F429 睡眠模式例程\r\n");

20

21 printf("\r\n实验说明：\r\n");

22

23 printf("\r\n 1.本程序中，绿灯表示STM32正常运行，红灯表示睡眠状态，蓝灯表示刚从睡眠状态被唤醒\r\n");

24 printf("\r\n 2.程序运行一段时间后自动进入睡眠状态，在睡眠状态下，可使用KEY1或KEY2唤醒\r\n");

25 printf("\r\n 3.本实验执行这样一个循环：\r\n");

26printf("\r\n --》亮绿灯(正常运行)->亮红灯(睡眠模式)->按KEY1或KEY2唤醒->亮蓝灯(刚被唤醒)--》\r\n");

27 printf("\r\n 4.在睡眠状态下，DAP下载器无法给STM32下载程序，\r\n");

28 printf("\r\n可按KEY1、KEY2唤醒后下载，\r\n");

29 printf("\r\n或按复位键使芯片处于复位状态，然后在电脑上点击下载按钮，再释放复位按键，即可下载\r\n");

30

31 while (1) {

32 /*********执行任务***************************/

33 printf("\r\n STM32正常运行，亮绿灯\r\n");

34

35 LED_GREEN;

36 Delay(0x3FFFFFF);

37

38 /*****任务执行完毕，进入睡眠降低功耗***********/

39

40

41 printf("\r\n进入睡眠模式，按KEY1或KEY2按键可唤醒\r\n");

42

43 //使用红灯指示，进入睡眠状态

44 LED_RED;

45 //进入睡眠模式

46 __WFI(); //WFI指令进入睡眠

47

48 //等待中断唤醒 K1或K2按键中断

49

50 /***被唤醒，亮蓝灯指示***/

51 LED_BLUE;

52 Delay(0x1FFFFFF);

53

54 printf("\r\n已退出睡眠模式\r\n");

55 //继续执行while循环

56 }

57 }

这个main函数的执行流程见图 425。    

图 425 睡眠模式实验流程图

(1)    程序中首先初始化了LED灯及串口以便用于指示芯片的运行状态，并且把实验板上的两个按键都初始化成了中断模式，以便当系统进入睡眠模式的时候可以通过按键来唤醒。这些硬件的初始化过程都跟前面章节中的一模一样。

(2)    初始化完成后使用LED及串口表示运行状态，在本实验中，LED彩灯为绿色时表示正常运行，红灯时表示睡眠状态，蓝灯时表示刚从睡眠状态中被唤醒。

(3)    程序执行一段时间后，直接使用WFI指令进入睡眠模式，由于WFI睡眠模式可以使用任意中断唤醒，所以我们可以使用按键中断唤醒。

(4)    当系统进入停止状态后，我们按下实验板上的KEY1或KEY2按键，即可使系统回到正常运行的状态，当执行完中断服务函数后，会继续执行WFI指令后的代码。

中断服务函数

系统刚被唤醒时会进入中断服务函数，见代码清单 243。

代码清单 426 按键中断的服务函数(stm32f4xx_it.c文件)

1

2 void KEY1_IRQHandler(void)

3 {

4 //确保是否产生了EXTI Line中断

5 if (EXTI_GetITStatus(KEY1_INT_EXTI_LINE) != RESET) {

6 LED_BLUE;

7 printf("\r\n KEY1 按键中断唤醒 \r\n");

8 EXTI_ClearITPendingBit(KEY1_INT_EXTI_LINE);

9 }

10 }

11

12 void KEY2_IRQHandler(void)

13 {

14 //确保是否产生了EXTI Line中断

15 if (EXTI_GetITStatus(KEY2_INT_EXTI_LINE) != RESET) {

16 LED_BLUE;

17 printf("\r\n KEY2 按键中断唤醒 \r\n");

18 //清除中断标志位

19 EXTI_ClearITPendingBit(KEY2_INT_EXTI_LINE);

20 }

21 }

用于唤醒睡眠模式的中断，其中断服务函数也没有特殊要求，跟普通的应用一样。

42.3.3 下载验证

下载这个实验测试时，可连接上串口，在电脑端的串口调试助手获知调试信息。当系统进入睡眠状态的时候，可以按KEY1或KEY2按键唤醒系统。

注意：

当系统处于睡眠模式低功耗状态时(包括后面讲解的停止模式及待机模式)，使用DAP下载器是无法给芯片下载程序的，所以下载程序时要先把系统唤醒。或者使用如下方法：按着板子的复位按键，使系统处于复位状态，然后点击电脑端的下载按钮下载程序，这时再释放复位按键，就能正常给板子下载程序了。

42.4 PWR—停止模式实验

在睡眠模式实验的基础上，我们进一步讲解如何进入停止模式及唤醒后的状态恢复。

42.4.1 硬件设计

本实验中的硬件与睡眠模式中的一致，主要使用到了按键、LED彩灯以及使用串口输出调试信息。

42.4.2 软件设计

本小节讲解的是"PWR—停止模式"实验，请打开配套的代码工程阅读理解。

1.    程序设计要点

(1)    初始化用于唤醒的中断按键；

(2)    设置停止状态时的FLASH供电或掉电；

(3)    选择电压调节器的工作模式并进入停止状态；

(4)    使用按键中断唤醒芯片；

(5)    重启HSE时钟，使系统完全恢复停止前的状态。

2.    代码分析

重启HSE时钟

与睡眠模式不一样，系统从停止模式被唤醒时，是使用HSI作为系统时钟的，在STM32F429中，HSI时钟一般为16MHz，与我们常用的180MHz相关太远，它会影响各种外设的工作频率。所以在系统从停止模式唤醒后，若希望各种外设恢复正常的工作状态，就要恢复停止模式前使用的系统时钟，本实验中定义了一个SYSCLKConfig_STOP函数，用于恢复系统时钟，它的定义见代码清单 243。

代码清单 427 恢复系统时钟(main.c文件)

1 /**

2 * @brief 停机唤醒后配置系统时钟: 使能 HSE, PLL

3 * 并且选择PLL作为系统时钟.

4 * @param None

5 * @retval None

6 */

7 static void SYSCLKConfig_STOP(void)

8 {

9 /* After wake-up from STOP reconfigure the system clock */

10 /* 使能 HSE */

11 RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

12

13 /* 等待 HSE 准备就绪 */

14 while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_HSERDY) == RESET);

15

16 /* 使能 PLL */

17 RCC_PLLCmd(ENABLE);

18

19 /* 等待 PLL 准备就绪 */

20 while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET);

21

22 /* 选择PLL作为系统时钟源 */

23 RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

24

25 /* 等待PLL被选择为系统时钟源 */

26 while (RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08);

27 }

这个函数主要是调用了各种RCC相关的库函数，开启了HSE时钟、使能PLL并且选择PLL作为时钟源，从而恢复停止前的时钟状态。

main函数

停止模式实验的main函数流程与睡眠模式的类似，主要是调用指令方式的不同及唤醒后增加了恢复时钟的操作，见代码清单 242。

代码清单 428 停止模式的main函数(main.c文件)

1

2 /**

3 * @brief 主函数

4 * @param 无

5 * @retval 无

6 */

7 int main(void)

8 {

9 LED_GPIO_Config();

10

11 /*初始化USART1*/

12 Debug_USART_Config();

13

14 /* 初始化按键为中断模式，按下中断后会进入中断服务函数 */

15 EXTI_Key_Config();

16

17 printf("\r\n欢迎使用秉火 STM32 F429 开发板。\r\n");

18 printf("\r\n秉火F429 停止模式例程\r\n");

19

20 printf("\r\n实验说明：\r\n");

21

22 printf("\r\n 1.本程序中，绿灯表示STM32正常运行，红灯表示停止状态，蓝灯表示刚从停止状态被唤醒\r\n");

23 printf("\r\n 2.程序运行一段时间后自动进入停止状态，在停止状态下，可使用KEY1或KEY2唤醒\r\n");

24 printf("\r\n 3.本实验执行这样一个循环：\r\n");

25printf("\r\n --》亮绿灯(正常运行)->亮红灯(停止模式)->按KEY1或KEY2唤醒->亮蓝灯(刚被唤醒)---》\r\n");

26 printf("\r\n 4.在停止状态下，DAP下载器无法给STM32下载程序，\r\n");

27 printf("\r\n可按KEY1、KEY2唤醒后下载，\r\n");

28 printf("\r\n或按复位键使芯片处于复位状态，然后在电脑上点击下载按钮，再释放复位按键，即可下载\r\n");

29

30 while (1) {

31 /*********执行任务***************************/

32 printf("\r\n STM32正常运行，亮绿灯\r\n");

33

34 LED_GREEN;

35 Delay(0x3FFFFFF);

36

37 /*****任务执行完毕，进入停止降低功耗***********/

38

39 printf("\r\n进入停止模式，按KEY1或KEY2按键可唤醒\r\n");

40

41 //使用红灯指示，进入停止状态

42 LED_RED;

43

44 /*设置停止模式时，FLASH进入掉电状态*/

45 PWR_FlashPowerDownCmd (ENABLE);

46 /* 进入停止模式，设置电压调节器为低功耗模式，等待中断唤醒 */

47 PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower,PWR_STOPEntry_WFI);

48

49 //等待中断唤醒 K1或K2按键中断

50 /*********************被唤醒***********************/

51 //获取刚被唤醒时的时钟状态

52 //时钟源

53 clock_source_wakeup = RCC_GetSYSCLKSource ();

54 //时钟频率

55 RCC_GetClocksFreq(&clock_status_wakeup);

56

57 //从停止模式下被唤醒后使用的是HSI时钟，此处重启HSE时钟,使用PLLCLK

58 SYSCLKConfig_STOP();

59

60 //获取重新配置后的时钟状态

61 //时钟源

62 clock_source_config = RCC_GetSYSCLKSource ();

63 //时钟频率

64 RCC_GetClocksFreq(&clock_status_config);

65

66 //因为刚唤醒的时候使用的是HSI时钟，会影响串口波特率，输出不对，所以在重新配置时钟源后才使用串口输出。

67 printf("\r\n重新配置后的时钟状态：\r\n");

68 printf(" SYSCLK频率:%d,\r\n HCLK频率:%d,\r\n PCLK1频率:%d,\r\n PCLK2频率:%d,\r\n时钟源:%d (0表示HSI，8表示PLLCLK)\n",

69 clock_status_config.SYSCLK_Frequency,

70 clock_status_config.HCLK_Frequency,

71 clock_status_config.PCLK1_Frequency,

72 clock_status_config.PCLK2_Frequency,

73 clock_source_config);

74

75 printf("\r\n刚唤醒的时钟状态：\r\n");

76 printf(" SYSCLK频率:%d,\r\n HCLK频率:%d,\r\n PCLK1频率:%d,\r\n PCLK2频率:%d,\r\n时钟源:%d (0表示HSI，8表示PLLCLK)\n",

77 clock_status_wakeup.SYSCLK_Frequency,

78 clock_status_wakeup.HCLK_Frequency,

79 clock_status_wakeup.PCLK1_Frequency,

80 clock_status_wakeup.PCLK2_Frequency,

81 clock_source_wakeup);

82

83 /*指示灯*/

84 LED_BLUE;

85 Delay(0x1FFFFFF);

86

87 printf("\r\n已退出停止模式\r\n");

88 //继续执行while循环

89 }

90 }

这个main函数的执行流程见图 425。    

图 426 停止模式实验流程图

(1)    程序中首先初始化了LED灯及串口以便用于指示芯片的运行状态，并且把实验板上的两个按键都初始化成了中断模式，以便当系统进入停止模式的时候可以通过按键来唤醒。这些硬件的初始化过程都跟前面章节中的一模一样。

(2)    初始化完成后使用LED及串口表示运行状态，在本实验中，LED彩灯为绿色时表示正常运行，红灯时表示停止状态，蓝灯时表示刚从停止状态中被唤醒。在停止模式下，I/O口会保持停止前的状态，所以LED彩灯在停止模式时也会保持亮红灯。

(3)    程序执行一段时间后，我们先用库函数PWR_FlashPowerDownCmd设置FLASH的在停止状态时使用掉电模式，接着调用库函数PWR_EnterSTOPMode把调压器设置在低功耗模式，并使用WFI指令进入停止状态。由于WFI停止模式可以使用任意EXTI的中断唤醒，所以我们可以使用按键中断唤醒。

(4)    当系统进入睡眠状态后，我们按下实验板上的KEY1或KEY2按键，即可唤醒系统，当执行完中断服务函数后，会继续执行WFI指令(即PWR_EnterSTOPMode函数)后的代码。

(5)    为了更清晰地展示停止模式的影响，在刚唤醒后，我们调用了库函数RCC_GetSYSCLKSource以及RCC_GetClocksFreq获取刚唤醒后的系统的时钟源以及时钟频率，在使用SYSCLKConfig_STOP恢复时钟后，我们再次获取这些时状态，最后再通过串口打印出来。

(6)    通过串口调试信息我们会知道刚唤醒时系统时钟使用的是HIS时钟，频率为16MHz，恢复后的系统时钟采用HSE倍频后的PLL时钟，时钟频率为180MHz。

42.4.3 下载验证

下载这个实验测试时，可连接上串口，在电脑端的串口调试助手获知调试信息。当系统进入停止状态的时候，可以按KEY1或KEY2按键唤醒系统。

注意：

当系统处于停止模式低功耗状态时(包括睡眠模式及待机模式)，使用DAP下载器是无法给芯片下载程序的，所以下载程序时要先把系统唤醒。或者使用如下方法：按着板子的复位按键，使系统处于复位状态，然后点击电脑端的下载按钮下载程序，这时再释放复位按键，就能正常给板子下载程序了。

42.5 PWR—待机模式实验

最后我们来学习最低功耗的待机模式。

42.5.1 硬件设计

本实验中的硬件与睡眠模式、停止模式中的一致，主要使用到了按键、LED彩灯以及使用串口输出调试信息。要强调的是，由于WKUP引脚(PA0)必须使用上升沿才能唤醒待机状态的系统，所以我们硬件设计的PA0引脚连接到按键KEY1，且按下按键的时候会在PA0引脚产生上升沿，从而可实现唤醒的功能，按键的具体电路请查看配套的原理图。

42.5.2 软件设计

本小节讲解的是"PWR—待机模式"实验，请打开配套的代码工程阅读理解。

1.    程序设计要点

(1)    清除WUF标志位；

(2)    使能WKUP唤醒功能；

(3)    进入待机状态。

2.    代码分析

main函数

待机模式实验的执行流程比较简单，见代码清单 242。

代码清单 429 停止模式的main函数(main.c文件)

1

2 /**

3 * @brief 主函数

4 * @param 无

5 * @retval 无

6 */

7 int main(void)

8 {

9 LED_GPIO_Config();

10

11 /*初始化USART1*/

12 Debug_USART_Config();

13

14 /*初始化按键，不需要中断,仅初始化KEY2即可，只用于唤醒的PA0引脚不需要这样初始化*/

15 Key_GPIO_Config();

16

17 printf("\r\n欢迎使用秉火 STM32 F429 开发板。\r\n");

18 printf("\r\n秉火F429 待机模式例程\r\n");

19

20 printf("\r\n实验说明：\r\n");

21

22 printf("1.绿灯表示本次复位是上电或引脚复位，红灯表示即将进入待机状态，蓝灯表示本次是待机唤醒的复位\r\n");

23 printf("\r\n 2.长按KEY2按键后，会进入待机模式\r\n");

24 printf("\r\n 3.在待机模式下，按KEY1按键可唤醒，唤醒后系统会进行复位，程序从头开始执行\r\n");

25 printf("\r\n 4.可通过检测WU标志位确定复位来源\r\n");

26

27 printf("\r\n 5.在待机状态下，DAP下载器无法给STM32下载程序，需要唤醒后才能下载");

28

29 //检测复位来源

30 if (PWR_GetFlagStatus(PWR_FLAG_WU) == SET) {

31 LED_BLUE;

32 printf("\r\n待机唤醒复位 \r\n");

33 } else {

34 LED_GREEN;

35 printf("\r\n非待机唤醒复位 \r\n");

36 }

37 while (1) {

38 // K2 按键长按进入待机模式

39 if (KEY2_LongPress()) {

40

41     printf("\r\n即将进入待机模式，进入待机模式后可按KEY1唤醒，唤醒后会进行复位，程序从头开始执行\r\n");

42 LED_RED;

43 Delay(0xFFFFFF);

44 /*清除WU状态位*/

45 PWR_ClearFlag (PWR_FLAG_WU);

46

47 /* 使能WKUP引脚的唤醒功能，使能PA0*/

48 PWR_WakeUpPinCmd (ENABLE);

49

50 /* 进入待机模式 */

51 PWR_EnterSTANDBYMode();

52 }

53 }

54 }

这个main函数的执行流程见图 425。    

图 427 待机模式实验流程图

(1)    程序中首先初始化了LED灯及串口以便用于指示芯片的运行状态，由于待机模式唤醒使用WKUP引脚并不需要特别的引脚初始化，所以我们调用的按键初始化函数Key_GPIO_Config它的内部只初始化了KEY2按键，而且是普通的输入模式，对唤醒用的PA0引脚可以不初始化。当然，如果不初始化PA0的话，在正常运行模式中KEY1按键是不能正常运行的，我们这里只是强调待机模式的WKUP唤醒不需要中断，也不需要像按键那样初始化。本工程中使用的Key_GPIO_Config函数定义如代码清单 4210所示。

代码清单 4210 Key_GPIO_Config函数(bsp_key.c文件)

1

2 /**

3 * @brief 配置按键用到的I/O口

4 * @param 无

5 * @retval 无

6 */

7 void Key_GPIO_Config(void)

8 {

9 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

10

11 /*开启按键GPIO口的时钟*/

12 RCC_AHB1PeriphClockCmd(KEY2_GPIO_CLK,ENABLE);

13

14 /*设置引脚为输入模式*/

15 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;

16

17 /*设置引脚不上拉也不下拉*/

18 GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;

19

20 /*选择按键的引脚*/

21 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY2_PIN;

22

23 /*使用上面的结构体初始化按键*/

24 GPIO_Init(KEY2_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

25 }

(2)    使用库函数PWR_GetFlagStatus检测PWR_FLAG_WU标志位，当这个标志位为SET状态的时候，表示本次系统是从待机模式唤醒的复位，否则可能是上电复位。我们利用这个区分两种复位形式，分别使用蓝色LED灯或绿色LED灯来指示。

(3)    在while循环中，使用自定义的函数KEY2_LongPress来检测KEY2按键是否被长时间按下，若长时间按下则进入待机模式，否则继续while循环。KEY2_LongPress函数不是本章分析的重点，感兴趣的读者请自行查阅工程中的代码。

(4)    检测到KEY2按键被长时间按下，要进入待机模式。在使用库函数PWR_EnterSTANDBYMode发送待机命令前，要先使用库函数PWR_ClearFlag清除PWR_FLAG_WU标志位，并且使用库函数PWR_WakeUpPinCmd使能WKUP唤醒功能，这样进入待机模式后才能使用WKUP唤醒。

(5)    在进入待机模式前我们控制了LED彩灯为红色，但在待机状态时，由于I/O口会处于高阻态，所以LED灯会熄灭。

(6)    按下KEY1按键，会使PA0引脚产生一个上升沿，从而唤醒系统。

(7)    系统唤醒后会进行复位，从头开始执行上述过程，与第一次上电时不同的是，这样的复位会使PWR_FLAG_WU标志位改为SET状态，所以这个时候LED彩灯会亮蓝色。

42.5.3 下载验证

下载这个实验测试时，可连接上串口，在电脑端的串口调试助手获知调试信息。长按实验板上的KEY2按键，系统会进入待机模式，按KEY1按键可唤醒系统。

注意：

当系统处于待机模式低功耗状态时(包括睡眠模式及停止模式)，使用DAP下载器是无法给芯片下载程序的，所以下载程序时要先把系统唤醒。或者使用如下方法：按着板子的复位按键，使系统处于复位状态，然后点击电脑端的下载按钮下载程序，这时再释放复位按键，就能正常给板子下载程序了。

42.6 PWR—PVD电源监控实验

这一小节我们学习如何使用PVD监控供电电源，增强系统的鲁棒性。

42.6.1 硬件设计

本实验中使用PVD监控STM32芯片的VDD引脚，当监测到供电电压低于阈值时会产生PVD中断，系统进入中断服务函数进入紧急处理过程。所以进行这个实验时需要使用一个可调的电压源给实验板供电，改变给STM32芯片的供电电压，为此我们需要先了解实验板的电源供电系统，见图 428。

图 428 实验板的电源供电系统

    整个电源供电系统主要分为以下五部分：

(1)    6-12V的DC电源供电系统，这部分使用DC电源接口引入6-12V的电源，经过RT7272进行电压转换成5V电源，再与第二部分的"5V_USB"电源线连接在一起。

(2)    第二部分使用USB接口，使用USB线从外部引入5V电源，引入的电源经过电源开关及保险丝连接到"5V"电源线。

(3)    第三部分的是电源开关及保险丝，即当我们的实验板使用DC电源或"5V_USB"线供电时，可用电源开关控制通断，保险丝也会起保护作用。

(4)    "5V"电源线遍布整个板子，板子上各个位置引出的标有"5V"丝印的排针都与这个电源线直接相连。5V电源线给板子上的某些工作电压为5V的芯片供电。5V电源还经过LDO稳压芯片，输出3.3V电源连接到"3.3V"电源线。

(5)    同样地，"3.3V"电源线也遍布整个板子，各个引出的标有"3.3V"丝印的排针都与它直接相连，3.3V电源给工作电压为3.3V的各种芯片供电。STM32芯片的VDD引脚就是直接与这个3.3V电源相连的，所以通过STM32的PVD监控的就是这个"3.3V"电源线的电压。

当我们进行这个PVD实验时，为方便改变"3.3V"电源线的电压，我们可以把可调电源通过实验板上引出的"5V"及"GND"排针给实验板供电，当可调电源电压降低时，LDO在"3.3V"电源线的供电电压会随之降低，即STM32的PVD监控的VDD引脚电压会降低，这样我们就可以模拟VDD电压下降的实验条件，对PVD进行测试了。不过，由于这样供电不经过保险丝，所以在调节电压的时候要小心，不要给它供电远高于5V，否则可能会烧坏实验板上的芯片。

42.6.2 软件设计

本小节讲解的是"PWR—睡眠模式"实验，请打开配套的代码工程阅读理解。为了方便把这个工程的PVD监控功能移植到其它应用，我们把PVD电压监控相关的主要代码编都写到"bsp_pvd.c"及"bsp_pvd.h"文件中，这些文件是我们自己编写的，不属于标准库的内容，可根据您的喜好命名文件。

1.    程序设计要点

(1)    初始化PVD中断；

(2)    设置PVD电压监控等级并使能PVD；

(3)    编写PVD中断服务函数，处理紧急任务。

2.    代码分析

初始化PVD

使用PVD功能前需要先初始化，我们把这部分代码封装到PVD_Config函数中，见代码清单 4211。

代码清单 4211 初始化PVD(bsp_pvd.c文件)

1

2 /**

3 * @brief 配置PVD.

4 * @param None

5 * @retval None

6 */

7 void PVD_Config(void)

8 {

9 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

10 EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;

11

12 /*使能 PWR 时钟 */

13 RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);

14

15 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);

16

17 /* 使能 PVD 中断 */

18 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = PVD_IRQn;

19 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;

20 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;

21 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

22 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

23

24 /* 配置 EXTI16线(PVD 输出) 来产生上升下降沿中断*/

25 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line16);

26 EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line16;

27 EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;

28 EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising_Falling;

29 EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;

30 EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

31

32 //配置PVD级别5

33 // (PVD检测电压的阈值为2.8V，VDD电压低于2.8V时产生PVD中断，

34 //具体数据可查询数据手册获知)

35 /*具体级别根据自己的实际应用要求配置*/

36 PWR_PVDLevelConfig(PWR_PVDLevel_5);

37

38 /* 使能PVD输出 */

39 PWR_PVDCmd(ENABLE);

40 }

在这段代码中，执行的流程如下：

(1)    配置PVD的中断优先级。由于电压下降是非常危急的状态，所以请尽量把它配置成最高优先级。

(2)    配置了EXTI16线的中断源，设置EXTI16是因为PVD中断是通过EXTI16产生中断的(GPIO的中断是EXTI0-EXTI15)。

(3)    使用库函数PWR_PVDLevelConfig设置PVD监控的电压阈值等级，各个阈值等级表示的电压值请查阅表 422或STM32的数据手册。

(4)    最后使用库函数PWR_PVDCmd使能PVD功能。

PVD中断服务函数

配置完成PVD后，还需要编写中断服务函数，在其中处理紧急任务，本工程的PVD中断服务函数见代码清单 4212。

代码清单 4212 PVD中断服务函数(stm32f4xx_it.c文件)

1

2 /**

3 * @brief PVD中断请求

4 * @param None

5 * @retval None

6 */

7 void PVD_IRQHandler(void)

8 {

9 /*检测是否产生了PVD警告信号*/

10 if (PWR_GetFlagStatus (PWR_FLAG_PVDO)==SET) {

11 /* 亮红灯，实际应用中应进入紧急状态处理 */

12 LED_RED;

13

14 }

15 /* 清除中断信号*/

16 EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line16);

17

18 }

19

注意这个中断服务函数的名是PVD_IRQHandler而不是EXTI16_IRQHandler(STM32没有这样的中断函数名)，示例中我们仅点亮了LED红灯，不同的应用中要根据需求进行相应的紧急处理。

main函数

本电源监控实验的main函数执行流程比较简单，仅调用了PVD_Config配置监控功能，当VDD供电电压正常时，板子亮绿灯，当电压低于阈值时，会跳转到中断服务函数中，板子亮红灯，见代码清单 242。

代码清单 4213 停止模式的main函数(main.c文件)

1 /**

2 * @brief 主函数

3 * @param 无

4 * @retval 无

5 */

6 int main(void)

7 {

8 LED_GPIO_Config();

9

10 //亮绿灯，表示正常运行

11 LED_GREEN;

12

13 //配置PVD，当电压过低时，会进入中断服务函数，亮红灯

14 PVD_Config();

15

16 while (1) {

17

18 /*正常运行的程序*/

19

20 }

21

22 }

23

24

42.6.3 下载验证

本工程的验证步骤如下：

(1)    通过电脑把本工程编译并下载到实验板；

(2)    把下载器、USB及DC电源等外部供电设备都拔掉；

(3)    按"硬件设计"小节中的说明，使用可调电源通过"5V"及"GND"排针给实验板供5V电源；(注意要先调好可调电源的电压再连接，防止烧坏实验板)

(4)    复位实验板，确认板子亮绿灯，表示正常状态；

(5)    持续降低可调电源的输出电压，直到实验板亮红灯，这时表示PVD检测到电压低于阈值。

 

本工程中，我们实测PVD阈值等级为"PWR_PVDLevel_5"时，当可调电源电压降至4.4V时，板子亮红灯，此时的"3.3V"电源引脚的实测电压为2.75V;而PVD阈值等级为"PWR_PVDLevel_3"时，当可调电源电压降至4.2V时，板子亮红灯，此时的"3.3V"电源引脚的实测电压为2.55V;

注意：

由于这样使用可调电源供电不经过保险丝，所以在调节电压的时候要小心，不要给它供电远高于5V，否则可能会烧坏实验板上的芯片。

42.7 每课一问

10.    在睡眠模式实验的基础上编写程序，添加SYSTICK定时器，使用它控制LED灯1秒翻转状态1次，控制完毕后立即重新进入睡眠状态。

11.    在停止模式实验的基础上改写程序，尝试在系统唤醒后(紧接着PWR_EnterSTOPMode函数之后)立即使用串口打印调试信息到电脑端，观察实验现象并解释。

答：由于系统时钟没有恢复，导致串口波特率与原配置不符，导致通讯错误。

12.    在PVD电源监控实验的基础上，修改PVD监控的电压阈值等级，进入PVD中断时"3.3V"电源线的临界电压。

 

本文转载自：https://www.cnblogs.com/firege/p/5806040.html