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STM8S 低功耗模式

2023-05-16

功耗控制的概念调整

功耗控制之硬件调整

在硬件体系中可以有以下优化手段：

  1. 优化电路设计
  2. 优化电源供电效率（减少用于发热的能源）
  3. 调节单片机时钟频率（频率越高功耗越高）
  4. 选择单片机或者外围的工作电压（供电电压影响运行功耗，供电越大耗电越大）
  5. 管理单片机片上资源
  6. 自定义电源管理方案
  7. 管理模拟或者数字外设
  8. 配置I/O端口模式
  9. 单片机处理器选型

片上外设 影响运行功耗，针对具体的应用，编程人员往往只需要启用单片机的部分片上资源，而非全部启用，即便是全部启用了，也存在分时运行的情况。对比分析数据发现A/D转换和T/C资源都是"耗电大户"，片上外设消耗的电流就不能忽视，对此类资源的合理控制就显得非常必要。
在这里插入图片描述

功耗控制之软件优化

  1. 编译优化（编译器）
  2. 软件实现（软件逻辑优化）
  3. 快速短时（频率提高，处理指令的时间就减少了，一个合适的平衡点能降低功耗）
  4. 优化轮询
  5. 减少运算量（运算时是和Flash/RAM打交道，运行电流会上去）
  6. 中断处理
  7. 波特率优化
  8. 停机模式
  9. 等待模式
  10. AD采样速度
  11. 其它

在运行模式，为了即能满足系统性能又能降低功耗，选择合适的系统时钟源是很重要的。耗电量HSE>LSE>HSI>LSI，所以选择合适的时钟源能降功耗

代码执行位置影响运行功耗。代码从RAM中执行时的电源电流在其它条件参数一致的情况下比代码从Flash中执行时的电源电流要小，说明RAM存取速度快，执行效率高。

fCPU 是由 fMASTER 分频而来，可降低fCPU的时钟频率，虽然这会降低CPU的速度，但同时可降低CPU的功耗。其它外设(由fMASTER提供时钟)不会受此设置影响。

STM8单片机在低功耗上的优势

  1. STM8单片机支持宽泛的供电电压，如STM8S207/208系列单片机为例，其供电电压支持2.95V至5.5V，其中就包含常见的3.3V和5.0V的供电电压标准，选取3.3V电压供电时功耗与5.0V相比会有所下降
  2. STM8单片机具备灵活的模拟性能，有各种不同的输入输出模式，每种模式的电气特性皆不相同，针对具体的需求，用户可以配置特定的GPIO模式以实现功能，对于闲置未启用的GPIO也可以配置相应的端口模式以降低功耗。
  3. STM8单片机支持多种电源管理方式，STM8单片机可以配置为运行模式、等待模式、活跃停机模式、停机模式等（耗电量从大到小），灵活多变的运行模式为单片机功耗调整提供了支持
  4. STM8单片机拥有多样的时钟源和外设时钟门控功能，各种时钟源的运行参数均不相同，功耗参数自然也不一致，时钟源的多样性就能尽量满足用户的功耗需求（HSE耗电比HSI多）。外设时钟门控功能可以管理片上数字资源和时钟的连接，从而控制外设资源电流消耗。

为什么S系列能够使用低功耗模式了，ST还要推出L系列？

答：L系列有"超低漏电流"，漏电流指的是晶元的静态电流，能到零点几个微安。

STM8低功耗运行模式

STM8单片机拥有出色的电源管理模式，可配置单片机运行状态如下：

  1. 等待模式（Wait）
  2. 活跃停机模式（Active-Halt）：可配置为慢速或快速唤醒
  3. 停机模式（Halt）：可配置为慢速或快速唤醒

用户可合理选择以上三种模式中的一种，在最低功耗、最快唤醒速度和可使用的唤醒源之间获得最佳平衡点
在这里插入图片描述
程序(IAR)上模式的切换(以下为STM8单片机专用中断指令)：

#define wfi()   __wait_for_interrupt() /* Wait For Interrupt */
#define halt()  __halt()               /* 活跃停机模式 */
#define halt()  __halt()               /* 停机模式 */

用相同的指令halt()的时候，怎么区分是活跃停机还是停机模式？答：如果在执行这条指令之前，开启了AWU这个功能，那么就是切换到活跃停机模式；否则就是停机模式。

自动唤醒AWU结构及配置

问题：

  1. AWU单元的具体结构是什么样子？
  2. 各种分频参数和时钟选择是什么样的操作顺序？
  3. 什么时候会触发AWU的中断？

AWU结构

  • CKAWUSEL=CK+AWU+SEL(select)，AWU时钟选择
  • 默认情况下，由于CKAWUSEL位为0，所以选择的是LSI作为AWU的时钟
    在这里插入图片描述
  • fLS != fLSI，而是经过前面选择后得到128KHz的时钟
  • 通过HSE分频得到的128KHz可能比较精确，但是LSI有12.5%的误差，不一定是准确的，所以fLS右边有个分支，合上开关后，引入到定时器里，测得周期，判断是不是128KHz，如果不是，会对频率进行一定的修正。（不过一般不会去修正）

在这里插入图片描述

  • 这里由于使AWU_CSR中的"AWUEN"位为1了，所以后面执行HALT指令时，单片机会进入活跃停机状态

在这里插入图片描述
AWU结构树涉及到的三大寄存器如下：

  1. AWU_CSR：控制/状态寄存器，判断fLS的精度
  2. AWU_APR：异步预分频寄存器
  3. AWU_TBR：时基选择寄存器

控制/状态寄存器(AWU_CSR)

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异步预分频寄存器(AWU_APR)

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APR分频参数表

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时基选择寄存器(AWU_TBR)

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AWU唤醒时间计算参考

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例题：
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用C程序的配置如下：
算出来48这个值还要去查APR分频参数表，查到对应的值为2E，官方开发手册直接赋值算出来的数的做法是错的。

AWU_APR=0x2E; //配置预分频值,不是0x30
AWU_TBR=0x05; //配置AWU唤醒时间间隔
AWU_CRS |= 0x10;//使能"AWUEN"位,启动AWU
halt();
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STM8S

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