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STM32——PWR

news 2025/8/29 7:12:40

一、PWR

1.1PWR简介

  • PWR（Power Control）电源控制

  • PWR负责管理STM32内部的电源供电部分，可以实现可编程电压监测器和低功耗模式的功能

  • 可编程电压监测器（PVD）可以监控VDD电源电压，当VDD下降到PVD阀值以下或上升到PVD阀值之上时，PVD会触发中断，用于执行紧急关闭任务

  • 低功耗模式包括睡眠模式（Sleep）、停机模式（Stop）和待机模式（Standby）（功耗逐级降低，唤醒时间逐级变长），可在系统空闲时，降低STM32的功耗，延长设备使用时间

1.2电源框图

1. VDDA供电区 (模拟电源域)

  • 功能：为芯片内部所有模拟模块供电的独立电源区域。

  • 供电引脚：由独立的 VDDA 和 VSSA 引脚供电。

  • 主要负载：

    • 模数转换器 (ADC)

    • 数模转换器 (DAC)（如果支持）

    • 内部RC振荡器 (HSI, LSI)、锁相环 (PLL)

    • 电压参考缓冲 (VREF+ / VREF-)（在某些型号上由VDDA引出）

  • 设计要点：

    • 必须连接：即使不使用任何模拟功能，VDDA也必须连接到VDD（通常通过一个磁珠或低阻值电阻隔离），否则芯片无法正常工作。

    • 去耦和滤波：为了获得最佳的ADC性能，VDDA和VSSA必须并联高频和低频去耦电容（例如100nF + 1uF），并尽可能靠近芯片引脚，以滤除来自数字电路的噪声。

    • 电源质量：ADC的转换精度直接依赖于VDDA的电压稳定性和纯净度。如果VDDA上有噪声，ADC的读数也会产生波动。

2. VDD供电区

  • 来源：直接从芯片的 VDD/VSS 引脚接入。

  • 供电目标：

    • I/O 引脚：所有数字I/O口的驱动电源。

    • 部分模拟电路：虽然模拟部分主要由VDDA供电，但一些与I/O相关的模拟逻辑（如输入保护二极管）也可能连接到VDD。

    • 待机电路（唤醒逻辑，IWDG）

    • 电压调节器：连接1.8V供电区域

  • 特点：这是芯片的主电源入口。在设计PCB时，必须在每个 VDD 引脚附近放置一个去耦电容（通常100nF），以滤除高频噪声，提供稳定电流。

3. 1.8V供电区域 (数字电源域)

  • 功能：芯片数字核心逻辑的供电区域，是芯片运行的主要动力源。

  • 供电来源：

    • 在大多数STM32（除某些超低功耗型号外）中，VDD电压（如3.3V）并不直接供给内核。

    • 而是通过一个内部电压调节器（稳压器）将VDD降压到一个稳定的1.8V（或1.2V，取决于产品系列和工作频率），再为这个区域供电。

  • 主要负载：

    • CPU内核 (Cortex-M系列核心)

    • 数字外设 (如GPIO、SPI, I2C, USART, Timers等)

    • 内部SRAM和Flash存储器

  • 设计要点：

    • VDD引脚：为整个数字部分供电，包括I/O口和内部稳压器。需要良好的去耦。

    • 低功耗模式：在停止等模式下，PWR可以关闭或降低该稳压器的输出，以大幅降低静态功耗。

    • 此1.8V区域在芯片内部产生，用户无法直接从外部测量或供电。

4. 后备供电区 (Backup Domain)

  • 功能：一个独立的供电区域，用于在主电源（VDD/VBAT）丢失时，保存最关键的数据和维持最基本的时基功能。

  • 供电来源：由一个特殊的电源选择电路控制，其电源来自：

    • VDD（当主电源存在时）

    • VBAT（当低电压检测器检测到主电源VDD断开时，自动切换到VBAT引脚）

  • 主要负载：

    • 实时时钟 (RTC)：即使主MCU断电，RTC也可以继续走时。

    • 备份寄存器 (Backup Registers)：一小块由VBAT维持的SRAM，通常为16-32字节，用于存储关键数据（如设备序列号、校准参数、运行状态等）。

    • 唤醒逻辑：用于从待机模式通过RTC闹钟或WKUP引脚唤醒整个系统。

  • 设计要点：

    • VBAT引脚：必须连接。如果应用中没有备用电池（如纽扣电池），强烈建议将VBAT引脚通过一个100nF电容连接到VSS，并同时通过一个二极管（如1N4148）连接到VDD。这样可以确保主电源存在时由VDD为备份域供电，主电源断开时则由电容短暂维持（时间很短，仅用于安全关机）。

    • 写保护：要修改备份域中的寄存器（RTC配置、备份寄存器），必须先取消其写保护。

    • 域隔离：备份域与其他域通过特殊的开关隔离，只有在特定条件下才能被访问，这进一步保证了其数据安全。

5. 总结与关键注意事项

供电区域来源供电目标设计要点
VDD外部电源I/O引脚，部分内部逻辑充分去耦，每个VDD引脚一个100nF电容
VDDA独立清洁电源ADC, DAC, VREF+必须通过磁珠/电感与VDD隔离，加强滤波
1.8V域内部LDO（来自VDD）CPU, 内存, 数字外设低功耗模式的控制核心
VBAT外部电池RTC, 备份寄存器, LSE保证主电源掉电后关键功能不丢失

1.3上电复位（POR）和掉电复位（PDR）

基本概念

  • 上电复位（Power-On Reset, POR）：在芯片从无电到上电的过程中，当供电电压VDD从0V开始上升，达到一个特定的触发阈值（VPOR） 时，芯片会产生一个复位信号，将整个系统保持在复位状态，直到电源电压稳定到一个可靠的水平。

  • 掉电复位（Power-Down Reset, PDR）：在芯片正常工作后，如果因为某种原因（如电源干扰、电池耗尽）导致VDD电压下降，当电压低于一个特定的触发阈值（VPDR） 时，芯片会产生一个复位信号，防止CPU和外设在电压不足的情况下执行错误操作。

在STM32中，POR和PDR电路通常被集成在一起，统称为POR/PDR电路。它们是一个完全由模拟硬件实现的功能，不需要任何软件配置，只要接了VDD电源就会自动工作。

POR的40mV迟滞（确保电源稳定和等待时钟稳定）

  • 是什么：迟滞是一种经典的电路设计技术，用于防止比较器在阈值点附近因噪声或微小波动而产生反复翻转（振荡）。

  • 如何工作：

    • VPOR_up (上升阈值)：当VDD电压从0V开始上升时，必须达到VPOR（例如，约1.8V）这个阈值点，POR电路才会解除复位信号。

    • VPOR_down (下降阈值)：当VDD电压从正常值下降时，必须降到比VPOR低40mV（例如，约1.76V）的点，POR电路才会重新断言（Assert）复位信号。

1.4可编程电压监测器（预警）

基本概念

可编程电压监测器（Programmable Voltage Detector, PVD） 是一个可以由软件配置的电源电压监测模块。它持续将VDD电压与一个由软件设定的阈值（PLS[2:0]）进行比较。

 PVD阈值

  • 是什么：PVD的阈值不是固定的，而是由软件通过配置PWR_CR寄存器的PLS[2:0]位来动态选择的。

  • 阈值等级：STM32提供了多个可选的阈值，覆盖了一个常见的电压范围（例如，从2.0V到2.9V，具体范围和步进因产品系列而异）。这允许开发者根据实际供电电压（如3.3V系统或2.5V系统）来设置一个合理的预警点。

PVD的100mV迟滞（防止振荡，缓冲区）

  • 是什么：与POR类似，PVD的比较器也内置了迟滞功能，但其迟滞电压典型值为100mV。

  • 如何工作：

    • 假设软件设置的PVD阈值是 2.8V。

    • 下降沿：当VDD电压从高处下降到2.8V时，PVD输出触发，标志位置位，并可产生中断。

    • 上升沿：之后，如果VDD电压又从低处回升，它必须达到 2.8V + 100mV = 2.9V 时，PVD输出才会解除，标志位清零，并可再次产生中断。

POR/PDR 与 PVD 的对比总结

特性POR/PDRPVD
本质硬件自动保护机制软件可配置的预警机制
功能保证可靠上电和防止欠压运行监测电压变化，提供早期预警
控制完全由模拟硬件实现，无需配置（固定1.9V）需要通过软件配置阈值和外部中断（2.2V~2.9V）
响应产生复位信号，触发系统复位，强制MCU重启触发中断或事件，由软件决定如何处理
速度响应极快，是最后防线响应较快，但需软件处理时间
关系“最后的安全卫士”“哨兵”，为卫士提供预警
迟滞典型40mV，防止电源噪声导致反复复位典型100mV，防止电压波动导致中断风暴

1.5低功耗模式

功耗从高到低，唤醒速度从快到慢：睡眠→停止→待机

1.睡眠模式 (Sleep Mode)

  • 实现机制：执行WFI(Wait for Interrupt)或WFE(Wait for Event)指令后，内核停止执行，CPU时钟关闭。但所有外设的时钟仍然正常运行，NVIC保持工作。

  • 功耗：功耗降低主要来自CPU核心本身。整体功耗相对较高。

  • 唤醒：

    • 任何外设中断（如果使用WFI）或事件（如果使用WFE）都可唤醒。

    • 唤醒时间极短，几乎无延迟，因为时钟系统仍在运行，CPU恢复时钟后即可继续执行下一条指令。

  • 适用场景：处理完任务后，短暂等待下一次中断，且对唤醒延迟要求极高的场合。

睡眠模式注意点：
  • 执行完WFI/WFE指令后，STM32进入睡眠模式，程序暂停运行，唤醒后程序从暂停的地方继续运行
  • SLEEPONEXIT位决定STM32执行完WFI或WFE后，是立刻进入睡眠，还是等STM32从最低优先级的中断处理程序中退出时进入睡眠
  • 在睡眠模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态
  • WFI指令进入睡眠模式，可被任意一个NVIC响应的中断唤醒
  • WFE指令进入睡眠模式，可被唤醒事件唤醒

2. 停止模式 (Stop Mode)

  • 实现机制：

    • PDDS位=0，停止模式

    • SLEEPDEEP=1

    • 关闭整个1.8V供电区域的时钟，包括CPU和所有外设的时钟。

    • 可选择关闭内部主稳压器（LPDS位=0，电压调节器开启，LPDS位=1，调压器进入低功耗模式），以进一步省电。

    • 可选是否保留IO口状态。

    • 所有寄存器和SRAM的内容保持不变。

  • 功耗：功耗显著降低，可达微安(µA)级别。

  • 唤醒：

    • 由外部复位(NRST引脚)、RTC闹钟/事件、RTC入侵事件、RTC唤醒事件、多个EXTI线（外部中断，对应特定引脚）唤醒。

    • 唤醒后，系统时钟默认切换为HSI（内部多速RC振荡器），需要软件重新配置时钟树到想要的速度。程序从停止指令后的下一条指令开始执行。

  • 适用场景：需要长时间休眠、定期唤醒采样、且需保持当前程序上下文（变量值）的场合。是平衡功耗和灵活性的最佳选择。

停止模式注意点：
  • 执行完WFI/WFE指令后，STM32进入停止模式，程序暂停运行，唤醒后程序从暂停的地方继续运行
  • 1.8V供电区域的所有时钟都被停止，PLL、HSI和HSE被禁止，SRAM和寄存器内容被保留下来
  • 在停止模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态
  • 当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时，HSI被选为系统时钟
  • 当电压调节器处于低功耗模式下，系统从停止模式退出时，会有一段额外的启动延时
  • WFI指令进入停止模式，可被任意一个EXTI中断唤醒

3. 待机模式 (Standby Mode)

  • 实现机制：

    • PDDS位=1，待机模式

    • SLEEPDEEP=1

    • 最彻底的模式。关闭1.8V供电区域（整个数字电路域）。

    • 除了备份域（RTC、备份寄存器）和唤醒逻辑，其他部分全部断电。

    • SRAM和寄存器内容全部丢失（备份寄存器除外）。

  • 功耗：功耗最低，可达微安(µA)甚至纳安(nA)级别。

  • 唤醒：

    • 由外部复位(NRST引脚)、RTC闹钟/事件、RTC入侵事件、WKUP引脚（PA0）的上升沿、独立看门狗(IWDG)复位唤醒。

    • 唤醒后相当于一次软复位，芯片从头开始执行程序（复位向量地址0x0000_0000）。可以通过检查PWR_CSR寄存器的SBF(Standby Flag)标志位来判断是否由待机模式唤醒。

  • 适用场景：需要极低功耗、长时间休眠，且每次唤醒都作为一次全新启动的场合。例如，每天只上报一次数据的远程传感器。

待机模式注意点：
  • 执行完WFI/WFE指令后，STM32进入待机模式，唤醒后程序从头开始运行
  • 整个1.8V供电区域被断电，PLL、HSI和HSE也被断电，SRAM和寄存器内容丢失，只有备份的寄存器和待机电路维持供电
  • 在待机模式下，所有的I/O引脚变为高阻态（浮空输入）
  • WKUP引脚的上升沿、RTC闹钟事件的上升沿、NRST引脚上外部复位、IWDG复位退出待机模式

4. 模式选择

执行WFI（Wait For Interrupt）或者WFE（Wait For Event）指令后，STM32进入低功耗模式

5. 模式对比总结表

特性睡眠模式 (Sleep)停止模式 (Stop)待机模式 (Standby)
功耗中低极低
唤醒时间极短 (仅CPU恢复时钟)短 (需时钟重启)长 (完全复位)
程序执行上下文保持 (从下条指令继续)保持 (从下条指令继续)丢失 (从头开始执行)
SRAM/寄存器内容保持保持丢失 (备份域除外)
时钟状态仅CPU时钟停所有1.8V域时钟停1.8V域断电
主要唤醒源任意中断/事件EXTI线、RTC事件WKUP引脚、RTC事件、NRST
应用场景短暂空闲，快速响应定期采样，保持状态超长待机，复位启动

6. 重要设计注意事项

  1. GPIO配置：在进入Stop/Standby模式前，必须将所有不用的GPIO设置为模拟输入模式。悬空的IO引脚如果被配置为浮空输入，会因漏电流而显著增加功耗。

  2. 未使用外设：关闭所有不需要的外设时钟。

  3. 调试接口：低功耗模式可能会禁用调试器（如ST-Link）的连接。通常唤醒后才能重新连接。有些模式支持“调试驻留”功能，允许在低功耗下保持调试连接，但会略微增加功耗。

  4. 测量功耗：精确测量功耗时，需将调试器断开，仅通过电源供电进行测量。

二、修改主频频率代码

文件system_stm32f10.c中

此文件是只读文件，若要修改，需要打开工程文件夹，打开文件所在位置，右键——属性——只读选项去除

#if defined (STM32F10X_LD_VL) || (defined STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)#if是预编译，用来兼容不同型号的设备
若define后面有效，就else上面有效
否则#else，即下面代码有效我的设备时F10F3C8T6 中容量，非超值系列，因此查看else下方代码，由此来修改主频频率
此时主频频率时72MHz/* #define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_VALUE */#define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000
#else
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_VALUE */
/* #define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000 */ 
/* #define SYSCLK_FREQ_36MHz  36000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_48MHz  48000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_56MHz  56000000 */
#define SYSCLK_FREQ_72MHz  72000000
#endif主程序代码int main(void)
{	OLED_Init();OLED_ShowString(1,1,"SYSCLK:");OLED_ShowNum(1,8,SystemCoreClock,8);while(1){OLED_ShowString(2,1,"running");Delay_ms(500);OLED_ShowString(2,1,"       ");Delay_ms(500);}
}

配置时钟的流程：

①system_Init（）函数→启动HSI+各种缺省配置——调用SetSysClock（）分配函数

②SetSysClock（）分配函数→选择解除不同的宏定义，从而执行不同的配置参数SerSysClockTo72等函数——进行配置主频频率（例：To72——HSE锁相环输入——HSE9倍频——HSE锁相环输出位主频——主频72M）

三、睡眠模式+串口发送接收

(再次运行需要按住复位键俩秒+点击运行+松手)

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "serial.h"
#include "stdio.h"
uint16_t Rxdata;在此工程基础上，加一个低功耗的代码假设用STM32做一个下位机
下位机接收电脑串口发送过来的指令，后执行相应的功能
电脑随时都可能通过串口发送指令靠中断触发，没有中断就无用的代码，可以加入一个低功耗模式——睡眠模式，其他模式都不行int main(void)
{	OLED_Init();serial_init();OLED_ShowString(1,1,"RXdata:");while(1){if(serial_getRxfalg()==1){Rxdata=serial_getRXdata();serial_sendbyte(Rxdata);}OLED_ShowHexNum(1,8,Rxdata,2);OLED_ShowString(2,1,"Running");Delay_ms(500);OLED_ShowString(2,1,"           ");Delay_ms(500);--------------------------------------------------------------------------------SCB->SCR=0x………………//此种寄存器方式配置
__WFI();//中断唤醒}
}

仅需加入__WFI即可进入睡眠模式

若想要配置深度睡眠模式还是睡眠模式，可以查看手册STM32F10XXX.Cortex-M3编程手册——4.4.6System control register(SCB_SCR)，在程序中，用操作寄存器的方式实现

SEVEONPEND=0，事件唤醒睡眠模式需要配置的位

SLEEPDEEP=0，睡眠模式；=1，深度睡眠模式

SLEEPONEXIT=0，立刻睡眠；=1，等中断结束睡眠

程序执行流程：

①初始化，串口配置好，进入主循环，检查标志位，Running闪烁一次，在主循环最后执行__WFI()，执行WFI，CPU立刻睡眠

②CPU睡眠，各个外设运行状态，等到串口发送数据，USART接收到数据，产生中断，唤醒CPU，睡眠模式唤醒后，程序在暂停的地方继续运行

③因此，程序运行到WFI之后，但唤醒之后，终端立刻申请，所以程序在条回到ｗｈｉｌｅ循环开头之前，先进入USART中断函数，读取数据，置R下Flag，清除RXNE，回到主循环开头，此时RxFlag刚置1,if成立,执行数据回传和显示功能

④唤醒功能执行完,Running闪烁一次,程序再次来到WFI位置,CPU再次进入睡眠……

四、停止模式+对射式红外传感器计次

4.1PWR外设库函数：

1.恢复缺省配置
void PWR_DeInit(void);
2.使能后备区域的访问
void PWR_BackupAccessCmd(FunctionalState NewState);
3.与PVD相关的函数，PVD使能
void PWR_PVDCmd(FunctionalState NewState);
4.与PVD相关的函数，配置PVD的阈值电压
void PWR_PVDLevelConfig(uint32_t PWR_PVDLevel);
5.使能位于PA0位置的WakeUp引脚（待机模式用Wakeup上升沿唤醒）
void PWR_WakeUpPinCmd(FunctionalState NewState);
6.进入停止模式
void PWR_EnterSTOPMode(uint32_t PWR_Regulator, uint8_t PWR_STOPEntry);
7.进入待机模式
void PWR_EnterSTANDBYMode(void);
8.获取标志位
FlagStatus PWR_GetFlagStatus(uint32_t PWR_FLAG);
9.清除标志位
void PWR_ClearFlag(uint32_t PWR_FLAG);

4.2代码书写

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "countSensor.h"外部中断不需要时钟
在硬件层面没有EXTI，只有内部中断和外部中断，
外部中断可用停机模式，内部中断只能用睡眠模式
在代码里无EXTI时钟参数，这就是EXTI能在时钟关闭的情况下工作的原因int main(void)
{	OLED_Init();CountSensor_Init();
--------------------------------------------------------------------------------------RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);OLED_ShowString(1,1,"count");while(1){	OLED_ShowSignedNum(1,7,count,5);OLED_ShowString(2,1,"Running");Delay_ms(500);OLED_ShowString(2,1,"           ");Delay_ms(500);---------------------------------------------------------------------------------------PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_ON,PWR_STOPEntry_WFI);/*复位后第一个Running很快，后面就变慢了是因为推出停止模式后，HSI被选为系统时钟SystemInit函数里配置的是72M主频，后续的HSI是8M，因此运行时间变慢只需要在后面重新调用SystemInit函数，重新启动HSE，配置72M主频即可*/SystemInit();}}

五、待机模式+实时时钟

任务一、设定闹钟
在while上设定，每次复位后设定闹钟值

任务二、加入待机模式
使用PWR外设之前，开启时钟，确保代码独立性

任务三、
wakeup引脚唤醒功能，随时用GPIO引脚，但不需要GPIO初始化

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "My_RTC.h"int main(void)
{	OLED_Init();MyRTC_Init();RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);OLED_ShowString(1, 1, "CNT:");//秒计数器OLED_ShowString(2, 1, "ALR:");//闹钟值OLED_ShowString(3, 1, "ALRF:");//闹钟标志位/*使能WKUP引脚*/PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE);//使能位于PA0的WKUP引脚，WKUP引脚上升沿唤醒待机模式uint32_t Alarm=RTC_GetCounter()+10;RTC_SetAlarm(Alarm);//只写寄存器OLED_ShowNum(2,6,Alarm,10);while(1){OLED_ShowNum(1, 6, RTC_GetCounter(), 10);	//显示32位的秒计数器/*闹钟标志位是否置1*/OLED_ShowNum(3,6,RTC_GetFlagStatus(RTC_FLAG_ALR),1);OLED_ShowString(4,1,"Running");Delay_ms(500);OLED_ShowString(4,1,"           ");Delay_ms(500);OLED_ShowString(4, 9, "STANDBY");//OLED闪烁STANDBY，指示即将进入待机模式Delay_ms(1000);OLED_ShowString(4, 9, "       ");Delay_ms(100);OLED_Clear();//OLED清屏，模拟关闭外部所有的耗电设备，以达到极度省电//STM32进入待机模式之前，要把外部接入的模块能停的都停掉，能断电的都断掉，以最大化的省电PWR_EnterSTANDBYMode();//程序从头开始执行//注意:复位+下载+松手}
}

http://www.dtcms.com/a/355117.html

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