低功耗状态下，如何让灵动MCU按需唤醒进行电压采样？

只看该作者 · 2025-4-30 18:03

在低功耗应用（如电池供电、无线传感等）中，灵动MCU（例如 MM32L系列）可通过“定时器唤醒 + 快速ADC采样 + 自动回休眠”的策略，实现高效、节能的电压周期性监测。这是一种常见的“唤醒–测量–休眠”闭环设计，非常适合电池电压监测、环境监测等间歇性任务。

实现目标
MCU处于Sleep/Stop模式时定时被唤醒，进行一次快速电压采样（通过ADC），判断是否低电压或异常，然后立即回到低功耗状态。

一、核心思路流程
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+------------------------+
| MCU处于Sleep/Stop模式 |
+------------------------+
         ↑
         |  (RTC / TIM 唤醒)
+------------------------+
| 唤醒 -> 启动ADC采样 |
| -> 电压判断/控制输出 |
| -> 无异常 → 回休眠    |
+------------------------+

二、关键模块配置

1. 低功耗定时器唤醒
可选唤醒源：

RTC定时器（推荐）适用于秒级~分钟级周期唤醒，耗电极低；

低功耗定时器 LPTIM / TIMx，精度高，适合ms级周期；

外部中断唤醒（如IO事件）也可结合使用。

配置示例（RTC周期唤醒）：

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// 配置RTC为每60秒唤醒一次
RTC_SetWakeup(60);
EnableWakeupInterrupt();

2. ADC快速采样配置
建议：

设置ADC为单次模式（Single Conversion）

采样时间设为较短（但满足输入阻抗要求）

可结合DMA自动采样并立即处理

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ADC_InitStructure.Mode = ADC_Mode_Single;
ADC_InitStructure.SamplingTime = ADC_SampleTime_7_5Cycles;
ADC_Init(&ADC_InitStructure);

ADC_StartConversion();
while (!ADC_ConversionComplete());  // 等待完成
uint16_t result = ADC_GetResult();

3. 电压判断 + 控制逻辑
根据阈值判断电压是否低于警戒值；

触发动作（如拉低GPIO关负载、上报状态等）；

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if (voltage < LOW_VOLTAGE_THRESHOLD) {
GPIO_ResetBits(GPIOx, LOAD_EN);
flag_low_power = true;
}

4. 进入低功耗模式
在完成采样和判断后，调用休眠函数返回低功耗模式。

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if (!flag_low_power) {
// 进入低功耗休眠
PWR_EnterStopMode();
}

三、功耗优化技巧

项目优化建议
ADC工作时间使用最快采样时间（7.5~15 cycles），采样后立即关闭
唤醒方式 RTC最低功耗，LPTIM也可选
IO配置所有不使用的IO配置为模拟/下拉
内部参考若使用VREFINT，应提前启用并延迟采样，避免前期不稳定
Flash wait state 降频/降压运行以降低工作功耗

示例：周期唤醒采样逻辑伪代码
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void RTC_Wakeup_Handler(void) {
SystemInit();          // 恢复时钟
ADC_Enable();

float v_bat = read_battery_voltage();

if (v_bat < 3.5) {
      GPIO_ResetBits(GPIOx, LOAD_EN);  // 欠压关闭负载
}

ADC_Disable();
PWR_EnterStopMode();    // 回低功耗
}

四、闭环电压监测系统设计概览

模块实现方式
唤醒控制                         RTC/LPTIM定时触发
电压测量                         快速ADC采样，单次模式
电压判断                         阈值+迟滞+滤波（可选）
控制输出                      GPIO 控MOS/继电器/上报
低功耗管理                        快速入睡，关闭不必要模块

总结

特性                            说明
节能高效                唤醒时间短、采样快、功耗低
精度可靠                可结合内部参考（VREFINT）和校准提高准确度
灵活扩展                可并行监测多个通道电压
场景适用                电池电量管理、无线传感节点、电源健康监控等