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STM32学习笔记---电源管理

2023-10-27

一、STM32电源管理简介

1、电源管理简介

         ~~~~~~~~          电源对电子设备的重要性不言而喻，它是保证系统稳定运行的基础，而保证系统能稳定运行后，又有低功耗的要求。
         ~~~~~~~~         在很多应用场合中都对电子设备的功耗要求非常苛刻，如某些传感器信息采集设备，仅靠小型的电池提供电源，要求工作长达数年之久，且期间不需要任何维护；由于智慧穿戴设备的小型化要求，电池体积不能太大导致容量也比较小，所以也很有必要从控制功耗入手，提高设备的续行时间。
         ~~~~~~~~         STM32有专门的电源管理外设监控电源并管理设备的运行模式，确保系统正常运行，并尽量降低器件的功耗。

2、STM32电源管理系统

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STM32的电源管理系统主要分为：
1、备份域
2、调压器供电电路
3、ADC电源电路

2.1、备份域电路

         ~~~~~~~~         STM32的备份域包括LSE振荡器、RTC、备份寄存器及备份SRAM这些器件，这部分的电路可以通过STM32的VBAT引脚获取供电电源，在实际应用中一般会使用3V的钮扣电池对该引脚供电。
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         ~~~~~~~~         在图中备份域电路的左侧有一个电源开关结构，它的功能类似图中的双二极管，在它的上方连接了VBAT电源，下方连接了VDD主电源(一般为3.3V)，右侧引出到备份域电路中。当VDD主电源存在时，由于VDD电压较高，备份域电路通过VDD供电，当VDD掉电时，备份域电路由钮扣电池通过VBAT供电，保证电路能持续运行，从而可利用它保留关键数据
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2.2、调压器供电电路

         ~~~~~~~~         在STM32的电源系统中调压器供电的电路是最主要的部分，调压器为备份域及待机电路以外的所有数字电路供电，其中包括内核、数字外设以及RAM，调压器的输出电压约为1.2V，因而使用调压器供电的这些电路区域被称为1.2V域。
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         ~~~~~~~~         调压器可控制调节供电电路使系统运行在“运行模式”、“停止模式”以及“待机模式”下：

  • 运行模式：
    调压器为 1.2 V 域（内核、存储器和数字外设）提供全功率。
  • 停止模式：
    1.2V域运行在低功耗状态，1.2V区域的所有时钟都被关闭，相应的外设都停止了工作，但它会保留内核寄存器以及SRAM的内容；
  • 在待机模式：
    整个1.2V域都断电，该区域的内核寄存器及SRAM内容都会丢失(备份区域的寄存器及SRAM不受影响)。

2.3、ADC电源控制电路

         ~~~~~~~~         为了提高转换精度，STM32的ADC配有独立的电源接口，方便进行单独的滤波。ADC的工作电源使用VDDA引脚输入，使用VSSA作为独立的地连接，VREF引脚则为ADC提供测量使用的参考电压。
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3、STM32低功耗模式

         ~~~~~~~~         很多单片机都有低功耗模式，STM32F4 也不例外 ，运行状态下的 HCLK 为 CPU 提供时钟，内核执行程序代码。当 CPU 不需继续运行时，可以利用多个低功耗模式来节省功耗，例如等待某个外部事件时。
         ~~~~~~~~         STM32F4 按功耗由高到低排列具有运行、睡眠、停止和待机四种工作模式。
         ~~~~~~~~         上电复位后STM32处于运行状态时，当内核不需要继续运行，就可以选择进入后面的三种低功耗模式降低功耗，这三种模式中，电源消耗不同、唤醒时间不同、唤醒源不同，用户需要根据应用需求，选择最佳的低功耗模式。这三种低功耗模式层层递进，运行的时钟或芯片功能越来越少，因而功耗越来越低。

3.1、睡眠模式

         ~~~~~~~~         在睡眠模式中，仅关闭了内核时钟，内核停止运行，但其片上外设，CM4核心的外设全都还照常运行。
         ~~~~~~~~         有两种方式进入睡眠模式，它的进入方式决定了从睡眠唤醒的方式，分别是WFI(wait for interrupt)和WFE(wait for event)，即由等待“中断”唤醒和由“事件”唤醒。睡眠模式的各种特性见下表
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3.2、停止模式

         ~~~~~~~~         在停止模式中，进一步关闭了其它所有的时钟，于是所有的外设都停止了工作，但由于其1.2V区域的部分电源没有关闭，还保留了内核的寄存器、内存的信息。
         ~~~~~~~~         所以从停止模式唤醒，并重新开启时钟后，还可以从上次停止处继续执行代码。停止模式可以由任意一个外部中断(EXTI)唤醒。在停止模式中可以选择电压调节器为开模式或低功耗模式，可选择内部FLASH工作在正常模式或掉电模式。
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3.3、待机模式

         ~~~~~~~~          待机模式，它除了关闭所有的时钟，还把1.2V区域的电源也完全关闭了，也就是说，从待机模式唤醒后，由于没有之前代码的运行记录，只能对芯片复位，重新检测boot条件，从头开始执行程序。它有四种唤醒方式，分别是WKUP(PA0)引脚的上升沿，RTC闹钟事件，NRST引脚的复位和IWDG(独立看门狗)复位。
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二、STM32实现睡眠模式

进入睡眠模式，LED灯熄灭，按键唤醒，蜂鸣器提示，打印信息
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1、CubeMx配置

1.1、串口设置

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1.2、LED、按键管脚设置

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1.3、时钟设置

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1.4、GPIO中断

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2、代码详解

2.1、LED、蜂鸣器初始化

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2.2、进入睡眠模式

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2.3、按键中断唤醒

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被唤醒继续执行，输出系统已被执行，需要关闭systick中断，不然中断会触发
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三、STM32实现停止模式

1、操作说明

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唤醒后需要恢复时钟
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2、代码讲解

2.1、进入停止模式

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2.2、中断唤醒

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2.3、恢复时钟

唤醒后系统默认选择HSI，需要重新打开使能HSE和PLL
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2.4、串口优化

串口换行符没打印出来，因为串口没有发送完成已经进入停止模式。数据有没有发送完成，看移位寄存器是否为空。
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四、STM32实现待机模式

1、操作说明

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2、代码详解

2.1、进入待机模式

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