【STM32】PWR电源控制

一、PWR

1.1 PWR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），可在系统空闲时，降低STM32的功耗，延长设备使用时间

1.2 STM32电源框图

1. 供电区域划分
图中把STM32的电源系统划分为四个核心供电区域，分别对应不同的功能模块，实现电源的分级管理与针对性供电：

• VDDA供电区域
• VDD供电区域
• 1.8V供电区域
• 后备供电区域（VBAT）

2. 各区域功能与模块解析
1） VDDA供电区域

• 供电对象：A/D转换器、温度传感器、复位模块、PLL（锁相环）。
• 电源范围：VREF-（可与VSSA共地）到VREF+，电压范围从2.4V起至VDDA。
• 设计逻辑：该区域为模拟/混合信号模块供电，需保证电源的稳定性（如ADC对电源噪声敏感），因此独立划分供电，避免数字电路的干扰。

2）VDD供电区域

• 子模块1：I/O电路
  负责CPU芯片的输入输出接口供电，是数字信号与外部设备交互的“门户”。
• 子模块2：待机电路（唤醒逻辑、IWDG）
  • 唤醒逻辑：支持芯片从低功耗待机模式快速唤醒，保障系统响应速度。
  • IWDG（独立看门狗）：是一种硬件监控机制，若程序运行异常（如死循环），IWDG会触发复位，保证系统可靠性。
• 子模块3：电压调节器
  是电源管理的核心单元之一，负责将VDD的输入电压转换为1.8V，为“1.8V供电区域”供电。

3）1.8V供电区域

• 供电对象：CPU核心、存储器、内置数字外设。
• 设计逻辑：CPU和高速数字模块对电源电压精度、功耗敏感，通过电压调节器将VDD降压到1.8V，既满足性能需求，又能降低功耗。

4）后备供电区域（VBAT）

• 供电对象：LSE 32K晶体振荡器、后备寄存器、RCC BDCR寄存器、RTC（实时时钟）。
• 设计逻辑：该区域由备用电池（VBAT）供电，即使主电源（VDD）掉电，也能维持RTC计时、后备寄存器数据存储，保障系统的时间连续性和关键数据不丢失。

1.3 上电复位和掉电复位

• 复位信号（Reset）：低电平表示芯片处于复位状态，高电平表示复位释放，芯片开始运行。
• 上电阶段：电源电压从 0 上升，当超过 POR 阈值并经过滞后时间后，复位信号释放，芯片开始初始化运行。
• 掉电阶段：电源电压下降，当低于 PDR 阈值时，复位信号拉低，芯片进入复位状态，防止电压不足时运行异常。
• 上电时超过POR才不会复位，掉电时低于PDR就开始复位。
• 通过硬件级的复位机制，保证芯片在 “上电时电源稳定后才启动”“掉电时提前复位以保护数据”，提升系统可靠性。

1.4 可编程电压监测器

• 电压上升阶段：当 VDD/V DDA 电压上升超过 PVD 阈值时，PVD 输出电平翻转。
• 电压下降阶段：当 VDD/V DDA 电压 下降低于（PVD 阈值 - 100mV 迟滞） 时，PVD 输出电平再次翻转。
• 可用于提前检测电源电压异常（如掉电预警），让系统有时间执行备份数据、进入低功耗等保护操作，提升系统可靠性。用户可通过配置寄存器选择不同的 PVD 阈值，适配不同应用场景的电源监测需求。

二、低功耗模式

• 睡眠模式：是“轻量级”低功耗模式，仅暂停CPU运行，外设和时钟基本保持，用于短时间待机且需快速响应的场景。
• 停机模式：深度降低功耗，关闭大部分时钟和1.8V区域供电，需外部中断唤醒，适用于对功耗敏感、可容忍稍慢唤醒速度的场景。
• 待机模式：是最深的低功耗模式，几乎关闭所有电源和时钟（仅后备区域保持），需特定唤醒源（如WKUP引脚、RTC），用于极致功耗优化的场景。

低功耗模式	CPU状态	内核外设/寄存器	系统时钟	大部分外设状态	特殊保持的模块
睡眠模式（Sleep）	停止运行	保持（数据不丢）	保持（可配置）	正常运行（可配置关闭）	无（或仅关闭未使用外设）
停机模式（Stop）	停止运行	保持（数据不丢）	关闭	断电（寄存器数据保持）	RTC、IWDG（若使能）
待机模式（Standby）	完全断电	丢失（全部重置）	几乎全部关闭	几乎全部断电	RTC、LSE、后备寄存器、IWDG（若使能）

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2.1 睡眠模式

• 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

WFI 模式实现代码

#include "stm32f10x.h"// 初始化NVIC中断（用于WFI唤醒）
void NVIC_Init_For_WFI(void) {NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;// 配置某中断（如外部中断EXTI0）NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}// 配置睡眠模式（SLEEP-ON-EXIT使能）
void Sleep_Mode_Config(void) {// 使能SLEEPONEXIT位：执行完中断服务程序后进入睡眠SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPONEXIT_Msk;// 选择睡眠模式为“深度睡眠禁用”（即普通睡眠模式）PWR->CR &= ~PWR_CR_PDDS;PWR->CR |= PWR_CR_CWUF; // 清除唤醒标志
}int main(void) {// 系统初始化（时钟、外设等）SystemInit();NVIC_Init_For_WFI();Sleep_Mode_Config();while(1) {// 执行WFI指令进入睡眠，被任意NVIC中断唤醒后继续执行__WFI();// 唤醒后从这里继续运行}
}// 中断服务程序（示例：EXTI0中断）
void EXTI0_IRQHandler(void) {if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {// 中断处理逻辑EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);}
}

2.2 停止模式

• 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
• WFE指令进入停止模式，可被任意一个EXTI事件唤醒

停止模式（WFI 唤醒，EXTI 中断触发）

#include "stm32f10x.h"// 初始化EXTI中断（用于唤醒停止模式）
void EXTI_Init_For_Stop(void) {GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;// 使能GPIO和AFIO时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);// 配置GPIO为输入模式（如GPIOA0）GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉输入GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);// 配置EXTI中断EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising; // 上升沿触发中断EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);// 配置NVIC中断NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}// 停止模式配置
void Stop_Mode_Config(void) {// 使能深度睡眠SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;// 选择停止模式（PDDS=0，LPDS=1）PWR->CR |= PWR_CR_LPDS;PWR->CR &= ~PWR_CR_PDDS;PWR->CR |= PWR_CR_CWUF; // 清除唤醒标志
}int main(void) {// 系统初始化（时钟、外设等）SystemInit();EXTI_Init_For_Stop();Stop_Mode_Config();while(1) {// 执行WFI指令进入停止模式，被EXTI0中断唤醒后继续执行__WFI();// 唤醒后从这里继续运行}
}// EXTI0中断服务程序
void EXTI0_IRQHandler(void) {if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {// 中断处理逻辑EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);}
}

2.3 待机模式

• 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

待机模式WKUP引脚 实现代码

#include "stm32f10x.h"void Standby_Mode_Config(void) {RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;PWR->CR |= PWR_CR_PDDS;       // 选择待机模式PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE);    // 使能WKUP引脚唤醒PWR->CR |= PWR_CR_CWUF;      // 清除唤醒标志__WFI();                     // 进入待机模式
}int main(void) {SystemInit();Standby_Mode_Config();// 唤醒后从头执行，需重新初始化while(1) {// 应用逻辑}
}

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