单片机睡眠模式详解：睡眠、停止与待机
目录
一、睡眠模式（Sleep Mode）
二、停止模式（Stop Mode）
三、待机模式（Standby Mode）
四、模式对比与选择
单片机在实际应用中，常常需要在等待任务或空闲时降低功耗，延长电池寿命。为此，现代单片机都提供了多种睡眠模式（低功耗模式），通过关闭不必要的硬件模块和降低时钟频率来减少能量消耗。
一、睡眠模式（Sleep Mode）
睡眠模式是最轻度的低功耗模式，主要特点是：
核心特性：
- CPU 停止工作，但所有外设和系统时钟仍正常运行
- 可以被任何中断或事件唤醒
- 唤醒后程序从断点处继续执行，无需重新初始化
会关闭的部分：
- CPU 核心停止运行
- 指令执行流水线暂停
不会关闭的部分：
- 所有系统时钟（HSE、HSI、PLL 等）继续运行
- 所有外设（定时器、UART、SPI、I2C 等）保持工作
- RAM 和寄存器内容保持不变
适用场景：
- 需要快速响应外部事件的应用
- 短时间等待（微秒到毫秒级）
- 需要外设继续工作的场景（如定时器中断）
典型应用：
- 数据采集系统中等待下一次采样
- 通信设备等待数据包
- 实时控制系统等待定时任务
二、停止模式（Stop Mode）
停止模式是中度低功耗模式，相比睡眠模式关闭了更多硬件：
核心特性：
- CPU 和大部分外设停止工作
- 主系统时钟关闭，但低速时钟可能保持运行
- RAM 和寄存器内容保持不变
- 只能被特定中断或唤醒引脚唤醒
会关闭的部分：
- CPU 核心停止运行
- 主系统时钟（HSE、HSI、PLL）关闭
- 大部分外设停止工作
可能保持运行的部分：
- 低速时钟（LSI、LSE）可配置为保持运行
- RTC（实时时钟）可继续工作
- 部分唤醒引脚保持响应
- RAM 和寄存器内容保持不变
适用场景：
- 需要较长时间等待（毫秒到秒级）
- 只需 RTC 或少数外设工作
- 需要保持数据在 RAM 中
典型应用：
- 定期采集数据的电池供电设备
- 需要 RTC 定时唤醒的系统
- 低功耗传感器节点
三、待机模式（Standby Mode）
待机模式是最深的低功耗模式，功耗最低：
核心特性：
- 几乎所有电路都停止工作
- RAM 和寄存器内容丢失（相当于系统复位）
- 只有少数关键引脚和模块保持工作
- 唤醒后系统重新启动，执行复位程序
会关闭的部分：
- CPU 核心停止运行
- 所有系统时钟关闭
- 所有外设停止工作
- RAM 和寄存器内容丢失
可能保持运行的部分：
- RTC（可配置）
- 电源管理单元
- 少数唤醒引脚
适用场景：
- 需要最长时间休眠（秒到小时级）
- 不需要保持数据在 RAM 中
- 仅需被特定事件唤醒的应用
典型应用：
- 遥控器
- 烟雾报警器
- 电池供电的物联网传感器节点
- 智能水表 / 电表
四、模式对比与选择
| 特性 | 睡眠模式 | 停止模式 | 待机模式 |
|---|---|---|---|
| 功耗 | 较高 | 中等 | 最低 |
| 唤醒时间 | 最短（微秒级） | 中等（微秒到毫秒级） | 最长（毫秒级） |
| 数据保持 | 全部保持 | 全部保持 | 全部丢失 |
| 唤醒源 | 任何中断 / 事件 | 特定中断 / 唤醒引脚 | 少数特定唤醒源 |
| 适用等待时间 | 短（<1ms） | 中等（1ms-1s） | 长（>1s） |
Arduino——LowPower低功耗库测试代码：
#include <LowPower.h>// 定义LED引脚（板上内置LED为PIN 13）
#define LED_PIN 13void setup() {pinMode(LED_PIN, OUTPUT);Serial.begin(9600);// 启动提示Serial.println("Arduino低功耗模式测试开始...");Serial.println("将依次测试：正常模式 -> 睡眠模式 -> 停止模式 -> 待机模式");// 闪烁LED表示程序开始blinkLED(3, 200);
}void loop() {// 1. 正常模式运行Serial.println("\n--- 正常模式 ---");digitalWrite(LED_PIN, HIGH);delay(2000); // 正常模式延时2秒digitalWrite(LED_PIN, LOW);// 2. 进入睡眠模式（Idle模式）Serial.println("--- 进入睡眠模式 (8秒后唤醒) ---");// 睡眠8秒，可被任何中断唤醒LowPower.idle(SLEEP_8S, ADC_OFF, TIMER2_OFF, TIMER1_OFF,TIMER0_OFF, SPI_OFF, USART0_OFF, TWI_OFF);Serial.println("--- 从睡眠模式唤醒 ---");blinkLED(2, 300);// 3. 进入停止模式（Power-Down模式）Serial.println("--- 进入停止模式 (8秒后唤醒) ---");// 深度睡眠，仅保留定时器2或外部中断唤醒// 使用Watchdog Timer唤醒LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF);Serial.println("--- 从停止模式唤醒 ---");blinkLED(2, 300);// 4. 进入待机模式（Power-Save模式）Serial.println("--- 进入待机模式 (8秒后唤醒) ---");// 保留定时器2运行，可用于定时唤醒LowPower.powerSave(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF);Serial.println("--- 从待机模式唤醒 ---");blinkLED(2, 300);// 循环测试delay(1000);
}// 闪烁LED函数
void blinkLED(int times, int duration) {for(int i = 0; i < times; i++) {digitalWrite(LED_PIN, HIGH);delay(duration);digitalWrite(LED_PIN, LOW);delay(duration);}
}