STM32F103低功耗模式深度解析：从理论到应用实践（上） | 零基础入门STM32第九十二步

主题	内容	教学目的/扩展视频
低功耗模式	什么是低功耗，模式介绍，切换方法。	为电池设备开发做准备。

师从洋桃电子，杜洋老师

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（图1：STM32F103低功耗模式架构示意图）

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一、低功耗模式概述

1.1 为什么需要低功耗模式？

• 电池供电需求：物联网设备、穿戴设备等对续航有严格要求
• 能源效率优化：减少无效功耗，提升系统整体能效比
• 环保要求：符合现代电子产品绿色节能的设计理念

1.2 基本实现原理

通过分级关闭功能模块实现阶梯式节能：

正常模式 → 睡眠模式 → 停机模式 → 待机模式
  10mA       2mA        20μA         2μA

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二、低功耗模式的本质

2.1 单片机功耗构成

功耗类型	占比	典型值	影响因素
动态功耗	60-70%	6-7mA	时钟频率、外设工作状态
静态功耗	30-40%	3-4mA	SRAM保持、IO口漏电流

2.2 节能核心策略

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三、STM32F103三大低功耗模式详解

3.1 睡眠模式（Sleep Mode）

配置寄存器：SCB->SCR

__WFI();  // 等待中断唤醒
__WFE();  // 等待事件唤醒

特征：

• 仅关闭ARM内核
• 外设保持运行
• 唤醒时间<1μs

适用场景：实时性要求高的间歇工作设备

3.2 停机模式（Stop Mode）

配置寄存器：PWR->CR

PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);

特征：

• 关闭CPU+时钟系统
• 保持SRAM内容
• 典型唤醒时间10μs
• 支持多种唤醒源：EXTI/RTC/USB等

适用场景：智能门锁、无线传感器节点

3.3 待机模式（Standby Mode）

配置寄存器：PWR->CSR

PWR_EnterSTANDBYMode();

特征：

• 完全断电（仅备份域供电）
• SRAM内容丢失
• 唤醒后系统复位
• 最低功耗2μA

适用场景：环境监测设备（每1小时唤醒采集）

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四、模式对比与选择指南

对比项	睡眠模式	停机模式	待机模式
功耗	2mA	20μA	2μA
唤醒时间	<1μs	10μs	复位时间
SRAM保持	保持	保持	丢失
唤醒源	所有中断	EXTI/RTC/USB	WKUP/RTC
代码连续性	继续运行	继续运行	系统复位
典型应用	实时控制系统	智能家居设备	环境监测设备

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五、唤醒机制实现

5.1 典型唤醒源配置

// RTC闹钟唤醒配置
RTC_SetAlarm(RTC_GetCounter() + 3600);  // 1小时后唤醒
RTC_ITConfig(RTC_IT_ALR, ENABLE);

5.2 外部中断唤醒示例

// PA0配置为唤醒引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

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六、省电原理深度解析

6.1 动态功耗控制

P = C×V²×f
通过降低时钟频率(f)或工作电压(V)实现节能

6.2 静态漏电流优化

• 关闭未使用外设时钟
• 配置未使用IO口为模拟输入模式
• 禁用调试接口（SWD/JTAG）

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七、应用场景与设计建议

7.1 智能穿戴设备方案

7.2 农业监测系统

• 使用待机模式+RTC定时唤醒
• 每2小时采集一次温湿度数据
• 数据通过LoRa无线发送后立即休眠

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八、常见问题解答

Q1：如何测量实际功耗？

• 使用高精度万用表串联测量
• 推荐使用Joulescope等专业仪器

Q2：唤醒后外设需要重新初始化吗？

• 停机模式：需要重新初始化时钟系统
• 待机模式：需要完全重新初始化

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九、相关资源

[1] 洋桃电子B站课程-STM32入门100步
[2] STM32官方文档手册
[3] STM32F103固件函数库用户手册（中文）
[4] 低功耗模式原理.pptx

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📌 下期预告：下一期将探讨低功耗模式程序分析，欢迎持续关注！

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实测开发版：洋桃1号开发版（基于STM32F103C8T6）
更新日志：

• v1.0 初始版本（2025-04-02）