基于STM32的低功耗程序设计

只看该作者 · 2023-11-27 23:21

近久在开发一个基于STM32L151为主控开发的物联网设备，因为终端设备需要用到电池供电，所以选用的这款低功耗MCU并使用它的低功耗模式用来配合电池供电，以下文章用来记录开发过程中所遇到问题、总结等，希望能帮助大家，让大家加快开发效率，如果有讲解错误，望大家指出，我们共同进步，话不多说我们直接进入正题。

STM32的低功耗模式有以下几种最为常用：

1、睡眠模式：在睡眠模式，只有CPU停止，所有外设处于工作状态并可在发生中断/事件时唤醒CPU。

2、停机模式：在保持SRAM和寄存器内容不丢失的情况下，停机模式可以达到最低的电能消耗。在停机模式下，停止所有内部1.8V部分的供电，PLL、HSI的RC振荡器和HSE晶体振荡器被关闭，调压器可以被置于普通模式或低功耗模式。
可以通过任一配置成EXTI的信号把微控制器从停机模式中唤醒，EXTI信号可以是16个外部I/O
口之一、PVD的输出、RTC闹钟或USB的唤醒信号。

3、待机模式：在待机模式下可以达到最低的电能消耗。内部的电压调压器被关闭，因此所有内部1.8V部分的供电被切断；PLL、HSI的RC振荡器和HSE晶体振荡器也被关闭；进入待机模式后，SRAM和寄存器的内容将消失，但后备寄存器的内容仍然保留，待机电路仍工作。
从待机模式退出的条件是：NRST上的外部复位信号、IWDG复位、WKUP引脚上的一个上升边
沿或RTC的闹钟到时。

注：在进入停机或待机模式时， RTC 、 IWDG 和对应的时钟不会被停止。

只看该作者 · 2023-11-27 23:26

为此我选择停机模式，并使用RTC唤醒MCU,这比较符合我所设计产品使用场景。

进入STM32CubeMX的RTC页面

选择激活时钟源，在时钟树把RTC的时钟源输入配置为LSE（32.768KHZ）

激活日历功能

选择内部闹钟A

打开内部闹钟唤醒

其他保持默认

只看该作者 · 2023-11-27 23:28

只看该作者 · 2023-11-27 23:29

首先选择RTC为24小时格式

RTC的计时时基由Asynchronous Predivider value和Synchronous Predivider value分别加1分频而得32768/(127+1)/(256+1) =1HZ，即RTC每计数一次都刚好为1秒。

然后就是设置时间日期，Alarm的唤醒时间，注意的是Alarm Mask date week day 使能表示着当每天的时间和闹钟A的时间相同时就会触发闹钟中断，不然只会响一次，如果你想设置到每天的某时某分某秒响应。你可以只使能Alarm Mask date week day，那样每到你设置闹钟的时分秒时，都会触发中断

只看该作者 · 2023-11-27 23:30

void RTC_Set_AlarmAtime(uint8_t hour,uint8_t min,uint8_t sec)
{
/** Enable the Alarm A
  */
RTC_AlarmTypeDef sAlarm = {0};

  sAlarm.AlarmTime.Hours = hour;
  sAlarm.AlarmTime.Minutes = min;
  sAlarm.AlarmTime.Seconds = sec;
  sAlarm.AlarmTime.SubSeconds = 0;
  sAlarm.AlarmTime.DayLightSaving = RTC_DAYLIGHTSAVING_NONE;
  sAlarm.AlarmTime.StoreOperation = RTC_STOREOPERATION_RESET;
  sAlarm.AlarmMask = RTC_ALARMMASK_DATEWEEKDAY;
  sAlarm.AlarmSubSecondMask = RTC_ALARMSUBSECONDMASK_ALL;
  sAlarm.AlarmDateWeekDaySel = RTC_ALARMDATEWEEKDAYSEL_DATE;
  sAlarm.AlarmDateWeekDay = 1;
  sAlarm.Alarm = RTC_ALARM_A;
  if (HAL_RTC_SetAlarm_IT(&hrtc, &sAlarm, RTC_FORMAT_BIN) != HAL_OK) //重新设置定时中断
  {
Error_Handler();
  }
}

只看该作者 · 2023-11-27 23:30

void RTC_SetAlarmFrec(uint8_t hour, uint8_t min, uint8_t sec)
{
uint8_t h=0,m=0,s=0;
RTC_TimeTypeDef gTime = {0};
RTC_DateTypeDef gDate = {0};
HAL_RTC_GetTime(&hrtc, &gTime, RTC_FORMAT_BIN);
HAL_RTC_GetDate(&hrtc, &gDate, RTC_FORMAT_BIN);
if ( (s = (sec + gTime.Seconds) ) > 59 )
{
s = s % 60 ;
++ gTime.Minutes;
}
if ( (m = (min + gTime.Minutes) ) > 59 )
{
m = m % 60 ;
++ gTime.Hours;
}
if ( (h = (hour + gTime.Hours) ) > 23 )
{
h = h % 24 ;
}
RTC_Set_AlarmAtime( h, m, s);
}

只看该作者 · 2023-11-27 23:30

例：RTC_SetAlarmFres(0,0,5)这样设计的话，原理是把Alarm的时间设置为当前时间加上我们设置的时间5秒，那样每隔五秒就会唤醒一次32，如果你只想在每天的某个点唤醒主控的话，可以不用设置这个，直接在HAL库中设计好就行，像上面我设置的就是每天17：00唤醒，。

只看该作者 · 2023-11-27 23:31

接下来时进入停止模式的函数：没什么好说的，直接调用内部函数。

复制

    __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(POWER_MODE, PWR_STOPENTRY_WFI);   // 进入STOP模式，使用中断唤醒

只看该作者 · 2023-11-27 23:31

接下来时进入停止模式的函数：没什么好说的，直接调用内部函数。

复制

    __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(POWER_MODE, PWR_STOPENTRY_WFI);   // 进入STOP模式，使用中断唤醒

只看该作者 · 2023-11-27 23:32

把上这三段代码放在主函数内：

复制

  RTC_SetAlarmFrec(0, 0, 10);

 

  while (1)

  {                        

 

    /*在进入停止模式前，放置取消初始化外设的函数*/

    __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(POWER_MODE, PWR_STOPENTRY_WFI); // 进入STOP模式

        /*重新初始化外设*/

                        

  }

只看该作者 · 2023-11-27 23:32

RTC唤醒闹钟中断回调函数：

复制

void HAL_RTC_AlarmAEventCallback(RTC_HandleTypeDef *hrtc)

{

        // 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();

        RTC_SetAlarmFrec(0,0,10);

}

只看该作者 · 2023-11-27 23:32

ok,代码大致就是这样，但是有几点值得注意，下面都是我开发过程中遇到的问题，希望能给大家避个坑，不要犯相同的错误：

1、建议在while(1)中前加一个延时2秒的函数，因为一但进入停止模式就不能下载程序了，会显示内部指令错误，毕竟停止模式把内部1.8V供电的部分区域给关闭了，这就导致程序在停止模式期间无法下载进去，当然你的板子上复位按键也可以按着复位键把程序下进去（大多因程序问题而不法下载程序，都可以靠这个解决），加2秒的意义是如果你的板子没有复位键（我的板子就是，上面只有32与晶振），那么重新上电在那两秒的时间内，没进入停止模式前把程序下进去（抢一手时间差，嘿嘿）。

只看该作者 · 2023-11-27 23:33

2、空闲的引脚全部初始化为模拟输入模式，这样可以省非常多的电，取消初始化外设后的引脚会回到默认GPIO模式，这些也可以在你取消初始化后，重新配置为模拟输入模式，对于使用了很多外设重映射到GPIO的项目也很有用，实测我的一开始没有把空闲引脚配置为模拟输入的时候，电流大概在300uA左右，正常运行在9MA左右，虽然省了不少，但是还是很大，配置好后达到了70uA，在把取消外设后的GPIO也改为模拟输入后也降了不少，还有值得注意的是，我的单片机进入停止模式后电流先是从9mA到70uA，然后慢慢下降到20uA，中间需要经过大概30多秒电表上测量的值才慢慢达到最低，我的引脚还有几个为未配置成模拟输入模式，所以只到了20uA左右，配置好后，达到10uA左右应该不是问题，好像最后在进入停机模式前可以关闭不使用的总线时钟，到停机模式结束时，在开启时钟，也可以省电。

只看该作者 · 2023-11-27 23:33

3、一开始一定要准备一块最小系统版，上面没有其他器件，只有晶振和32，然后检测最小系统的耗电情况，在选择其他的元器件，一定要单片机可控，例如用一个IO口，控制其他器件的供电，不然你以为你的电流可以降到几十uA。但是一测出来，好家伙怎么还有几毫安的电流，和预想的不一样了，那是就要考虑你的器件选择问题了，说不定一块DC-DC芯片就有1MA的消耗呢（我的就是这样）。

只看该作者 · 2023-11-27 23:33

好了，以上就是我的一些小小总结，如果帮助到你，希望可以获取你的一键三连，如果有讲解错误还望大家在评论区中指出，第一次写博客望大家支持，嘻嘻。

只看该作者 · 2024-4-10 08:11

低功耗设计需要软硬件协同得