STM32F1系列使用HAL库低功耗STOP和STANDBY模式唤醒

1万 · 2021-7-4 16:33

（一）低功耗模式介绍

STM32三种低功耗模式：

睡眠模式
停止模式
待机模式

1万 · 2021-7-4 16:33

1、睡眠模式

      ~~~~~~~~       只有内核时钟关闭并且停止运行，外设都还在运行。可以通过任意一个中断或者唤醒事件唤醒。这个模式不怎么常用，功耗降低的不怎么明显。

2、停止模式

      ~~~~~~~~       所有1.8V供电区域的时钟都被停止， PLL、HIS和 HSE RC振荡器的功能被禁止，内存(SRAM)和寄存器的内容被保留了下来。可以通过任意外部中断进行唤醒(在外部中断寄存器中设置)，此模式下被唤醒后单片机先执行外部中断函数，然后接着上次进入停止模式的语句位置继续往下执行。

3、待机模式

      ~~~~~~~~       功耗最低的一种模式，该模式关闭电压调节器，整个1.8V供电区域被断电， PLL、HSI和 HSE 振荡器也被断电，只有备份寄存器和待机电路维持供电，可以说是该断的电都断了。
      ~~~~~~~~       可以通过WKUP引脚上升沿、RTC闹钟事件、复位引脚、看门狗复位这几种固定的方式进行唤醒，这个模式的唤醒跟复位差不多，唤醒后除了电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)内容还在，其他所有寄存器都被复位了，程序会从头开始执行。从待机模式唤醒后的代码执行等同于复位后执行。

4、快速应用了解

RTC闹钟唤醒实质还是外部中断唤醒(STM32F103RB的外部中断线17)，只不过是片内处理了。
在停止模式下，如果在进入该模式前ADC和DAC没有被关闭，那么这些外设仍然消耗电流。通
过设置寄存器ADC_CR2的ADON位和寄存器DAC_CR的ENx位为0可关闭这2个外设。（这段文字摘自STM32中文参考手册，就是说如果使用了ADC，那么进入低功耗之前先关闭ADC。）
停止模式唤醒之后，默认使用的是HSI 8M的时钟，需要重新初始化时钟和外设
进入低功耗之前可以将引脚全部配置为浮空输入或者Anglog模式，这样最省电，如果你是用STM32CUBEMX，在这里可以看到这么一项配置就是将没有用到的引脚配置为了Anglog模式：

对于特殊的一些唤醒方式，例如串口接收中断，让串口收到数据的时候自动唤醒单片机这种方式，其实还是使用的外部中断，一般是在进入低功耗之前先将串口的引脚重置并配置为外部中断引脚，外部中断触发唤醒后，再将引脚配置回串口即可。
设置闹钟事件时间的时候，要看芯片支持的是秒中断还是时间中断。比如10x系列的，要通过当前的RTC值去设置下次的闹钟，40X系列的直接可以设置时间。

1万 · 2021-7-4 16:34

（二）唤醒STOP和STANDBY
停止模式的唤醒需要外部中断，那么就可以配置一个按键进行唤醒，由于RTC闹钟事件中断连接到了外部中断线17，所以RTC唤醒的本质也是外部中断。下面对两种唤醒方式分别演示代码。

1、WKUP唤醒
这里我使用两个按键对STOP模式进行唤醒演示：

1万 · 2021-7-4 16:34

开启外部中断：

1万 · 2021-7-4 16:34

重定向printf函数到串口1：

int fputc(int ch, FILE* fp)
{
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_TXE) != SET) {};
huart1.Instance->DR = ch & 0XFF;
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_TC) != SET) {};
return ch;
}

1万 · 2021-7-4 16:34

覆写外部中断回调函数：

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
// 刚从STOP模式唤醒时钟默认使用内部高速8M时钟，所以需要重新配置时钟
SystemClock_Config();

// 如果使用了WKUP引脚唤醒则需要清除这个WKUP唤醒标记
__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);

switch(GPIO_Pin)
{
case WKUP_Pin:
      printf("WKUP_Pin.\r\n");
      break;

case KEY_Pin:
      printf("KEY_Pin.\r\n");
      break;

default:
      break;
}
}

1万 · 2021-7-4 16:34

进入STOP和STANDBY函数：

void sys_enter_stop_mode(void)
{
// 使能PWR时钟
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();

// 清除唤醒标记
__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);

// 如果使用WK-UP引脚唤醒那么需要使能
HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);

// 进入STOP模式
HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);
}

void sys_enter_standby_mode(void)
{
// 使能PWR时钟
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();

// 清除唤醒标记
__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);

// 如果使用WK-UP引脚唤醒那么需要使能
HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);

// 进入待机模式
HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
}

1万 · 2021-7-4 16:35

main函数：

int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();

printf("first\r\n");

while (1)
{
      printf("second\r\n");
      HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
      HAL_Delay(500);
      HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_SET);
      HAL_Delay(500);

      sys_enter_stop_mode();

      //sys_enter_standby_mode();
}
}

1万 · 2021-7-4 16:35

程序运行效果：

将while(1)死循环的sys_enter_stop_mode函数屏蔽掉，开启sys_enter_standby_mode函数测试standby模式，这个模式下就只能按WKUP按键了，按另一个按键是唤醒不了的，运行效果：

当前开启的功能有两个LED灯、一路串口和两个按键，使用万用表测电流在运行模式下大概34mA，STOP和STANDBY模式下的电流几乎一致大概是在8mA，这个值是很大的了，应该是我板子上还有其他很多器件耗电了，抽空用最小系统试试，但是这个实现效果说明低功耗的功能是没问题的。

1万 · 2021-7-4 16:36

2、RTC唤醒

进入低功耗：

void sys_enter_stop_mode(void)
{
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();                                              // 使能PWR时钟
__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);                                        // 清除唤醒标记
HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);       // 进入STOP模式
}

void sys_enter_standby_mode(void)
{
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();          // 使能PWR时钟
__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU); // 清除唤醒标记
HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();          // 进入待机模式
}

1万 · 2021-7-4 16:36

配置RTC的闹钟时间：

void RTC_AlarmStart(void)
{
RTC_AlarmTypeDef sAlarm = {0};
rtc_time_t tim = {0};

// 获取当前时间
RTC_GetTime(&tim);

sAlarm.AlarmTime.Hours = tim.Hours;
sAlarm.AlarmTime.Minutes = tim.Minutes;
sAlarm.AlarmTime.Seconds = tim.Seconds + 3; /* 设置下次闹钟提醒时间是当前时间的3s之后 */
sAlarm.Alarm = RTC_ALARM_A;

// 启动闹钟中断事件
HAL_RTC_SetAlarm_IT(&hrtc, &sAlarm, RTC_FORMAT_BIN);
}

1万 · 2021-7-4 16:36

覆写闹钟事件中断的回调函数：

void HAL_RTC_AlarmAEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc)
{
SystemClock_Config(); // STOP模式唤醒后默认时钟主频为内部8M时钟，所以要先初始化时钟配置
printf("3s时间到，唤醒！\r\n");
}

1万 · 2021-7-4 16:36

main函数：

int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_RTC_Init();

printf("程序启动！\r\n");

while (1)
{
      HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
      HAL_Delay(500);
      HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_SET);
      HAL_Delay(500);

      printf("进入低功耗模式，3秒后唤醒...\r\n");

      //
// 配置下次唤醒的闹钟时间
//
      RTC_AlarmStart();

      //
      // 进入STOP模式，程序停止在此处等待唤醒后往下执行
      //
      sys_enter_stop_mode();

      //
// 进入待机模式，待机模式唤醒后相当于复位，程序从头开始运行
//
      //sys_enter_standby_mode();
}
}

1万 · 2021-7-4 16:36

STOP模式唤醒运行效果：

1万 · 2021-7-4 16:36

停止模式唤醒运行效果：

当前开启的功能有两个LED灯、一路串口和RTC，使用万用表测电流在运行模式下大概38mA，STOP和STANDBY模式下的电流几乎一致大概是在13mA。虽然电流很大，但是验证进入低功耗模式是没问题的。

STM32F1系列使用HAL库低功耗STOP和STANDBY模式唤醒

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