细说STM32F407单片机电源低功耗StandbyMode待机模式及应用示例

目录

一、待机模式基础知识

1、进入待机模式

2、待机模式的状态

3、退出待机模式

二、待机模式应用示例

1、示例功能和CubeMX项目设置

（1） 时钟

（2） DEBUG、LED1、KeyRight、USART6、CodeGenerator

（3） SYS_WKUP

（4） NVIC

2、软件设计

（1）KEYLED 

（2）main.c

3、运行与调试

一、待机模式基础知识

1、进入待机模式

        待机模式是几种低功耗模式中功耗最低的。要通过WFI指令或WFE指令进入待机模式，需要将系统控制寄存器SCR中的SLEEPDEEP位置1，将电源控制寄存器PWR_CR中的PDDS位置1。函数HAL_PWR_EnterSTANDBYMode()实现进入待机模式的功能，其源代码如下：

void HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(void)
{
    /*选择STANDBY模式*/
    SET_BIT(PWR->CR,PWR_CR_PDDS);

    /*将Cortex系统控制寄存器的SLEEPDEEP位置1 */
    SET_BIT(SCB->SCR,((uint32_t)SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk));

    /*下面的选项用于确保完成了保存操作*/
    #if defined(__CC_ARM)
        __force_stores();
    #endif

    /*Request Wait For Interrupt */
    __WFI();
}

        函数HAL_PWR_EnterSTANDBYMode()没有任何参数，直接使用WFI指令进入待机模式。

2、待机模式的状态

        进入待机模式后，系统的状态如下。

  • 1.2V调压器关闭，1.2V域全部断电，寄存器和SRAM的内容丢失。
  • PLL、HSI振荡器、HSE振荡器都关闭。
  • VBAT供电的RTC寄存器、备份域SRAM的内容保留，RTC可继续工作。
  • 所有外设停止工作，除了复位引脚、SYS_WKUP引脚(PA0)和RTC的输出复用引脚，其他引脚都是高阻态。

3、退出待机模式

        用户可以通过以下方式中的任何一种退出待机模式。

  • NRST引脚的外部硬件复位。
  • 独立看门狗复位。
  • SYS_WKUP引脚(PA0引脚)上升沿信号。
  • RTC的闹钟事件、周期唤醒事件、入侵事件或时间戳事件。

        系统从待机模式唤醒后，不是从进入待机模式处的代码继续执行，而是整个系统复位，从头开始执行，所以其唤醒延迟时间就是复位阶段的时间。

        通常使用SYS_WKUP引脚连接的按键使系统从待机模式唤醒，HAL库有两个函数设置启用或禁用SYS_WKUP引脚，两个函数的调用代码如下：

HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);	//启用SYS_WKUP引脚
HAL_PWR_DisableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);	//禁用SYS_WKUP引脚

        其中，PWR_WAKEUP_PIN1是宏定义常量，STM32F40x系列只有一个SYS_WKUP引脚。启用或禁用SYS_WKUP引脚就是设置电源控制/状态寄存器PWR_CSR中的EWUP位为1或0。

二、待机模式应用示例

        本文将创建一个示例项目，测试系统的STOP模式。继续使用旺宝红龙开发板STM32F407ZGT6 KIT V1.0。一些设置参考本文作者的其他文章。

        参考文章：细说STM32F407单片机电源低功耗StopMode模式及应用示例-CSDN博客  https://wenchm.blog.csdn.net/article/details/145264762

1、示例功能和CubeMX项目设置

本文将创建一个示例并演示如何使用待机模式。示例功能和使用流程如下。

  1. 在CubeMX中配置PA0为SYS_WKUP信号，用于使系统在待机模式下唤醒。
  2. 程序运行时，检测到KeyRight键按下后，就进入待机模式。
  3. 在待机模式下，按下KeyUp键使系统唤醒。

（1） 时钟

        外部时钟，25MHz，设置到HCLK=168MHz，PCLK1=42MHz，PCLK2=84MHz，其它，都设置成168MHz。

（2） DEBUG、LED1、KeyRight、USART6、CodeGenerator

         同参考文章或参照参考文章。

  

（3） SYS_WKUP

        在SYS组件的模式设置部分勾选System Wake-Up复选框，如图所示，这样PA0就会作为SYS_WKUP引脚，无须再为PA0进行GPIO设置。

        注意，SYS_WKUP引脚是PA0引脚，也就是KeyUp键连接的引脚。当PA0作为SYS_WKUP时，KeyUp键就不能作为一个普通按键，不能用轮询或中断方式检测其输入。

 

（4） NVIC

         修改TimeBase的优先级为1。

2、软件设计

（1）KEYLED 

        本示例工程继续引用KEYLED文件夹中的keyled.h，详见参考文章。

（2）main.c

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "keyled.h"
#include <stdio.h>	//用到函数sprintf()
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);	//使能WKUP引脚，必须执行

  printf("Demo22_3_StandbyMode:Test Standby Mode.\r\n\r\n");

  if (__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_WU)==SET)	//被WKUP、RTC事件唤醒
  {
	printf("Note: After Standby, press the WKUP to wake up.\r\n");
  	__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);		//必须清除WUF，否则连续唤醒
  }

  if (__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_SB)==SET) //从StandBy模式复位
  {
	HAL_PWR_DisableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1); //禁止SYS_WKUP引脚，消除抖动影
	printf("Reset from Standby mode.\r\n");
  	__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);		//清除标志位SBF
  }

  printf("Press [S5]KeyRight to enter Standby.\r\n\r\n");
  LED1_ON();
  /* USER CODE END 2 */

        系统在待机模式下被唤醒后，系统复位并从头开始执行程序。程序在复位并完成初始化后，需要对电源控制/状态寄存器PWR_CSR中的WUF(唤醒标志)位和SBF(待机标志)位进行检测和清除。

  • ● WUF(Wakeup Flag)位是由硬件置1的。如果WUF位是1，表示器件复位前发生了待机模式的唤醒事件，如SYS_WKUP、RTC闹钟、RTC入侵事件、RTC时间戳事件、RTC周期唤醒，但是不包括复位引脚NRST导致的复位。要清除WUF位，需要向电源控制寄存器PWR_CR的CWUF位写1。所以，查询和清除WUF位的代码如下：
if(__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_WU)==SET) //被WKUP、RTC事件唤醒
{
    __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);   //必须清除WUF,否则连续唤醒
}

        如果WUF位是1，必须清除这个位；否则，在后面再进入待机模式后，会立刻被唤醒。

  • ● SBF(StandBy Flag)位是由硬件置1的。如果SBF位是1，表示器件在复位前进入了待机模式；如果SBF位是0，表示器件复位前未进入待机模式。要清除SBF位，需要向电源控制寄存器PWR_CR的CSBF位写1。所以，查询和清除SBF位的代码段如下：
if(__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_SB)==SET)         //从StandBy模式复位
{
    HAL_PWR_DisableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);   //禁止SYS_WKUP引脚，消除抖动影响             
    __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);           //清除SBF位
}

        在判断是从待机模式复位后，程序还立刻禁用了SYS_WKUP引脚（PA0）。如果SYS_WKUP引脚已经被启用，即使没有进入待机状态，按一下KeyUp键也会被记录一次唤醒操作，那么在按下KeyRight键进入待机模式后会立即被唤醒。所以，在正常运行模式下，应该禁用SYS_WKUP引脚，只有在进入待机模式之前才启用SYS_WKUP引脚。

/* USER CODE BEGIN 3 */
	KEYS curKey=ScanPressedKey(KEY_WAIT_ALWAYS);
	if(curKey==KEY_RIGHT)  //KeyRight键
	{
		HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);//使能WKUP引脚，必须执行

		printf("Be in Standby mode now.\r\n");
		printf("Press [S2]KeyUp to wake up, or\r\n");
		printf("press [S6]Reset to reset system.\r\n\r\n");

	  	HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();	//进入待机模式，唤醒就使系统恢复
	  	//LED1 自动灭，因为待机模式下引脚是高阻
	}

  }
  /* USER CODE END 3 */

        完成这些检测后，在while循环中检测按键输入，在KeyRight键被按下后，启用SYS_WKUP引脚，然后调用函数HAL_PWR_EnterSTANDBYMode()进入待机模式。进入待机模式后，与LED1连接的PF9引脚变成高阻态，LED1自然就熄灭了。

/* USER CODE BEGIN 4 */
int __io_putchar(int ch)
{
	HAL_UART_Transmit(&huart6,(uint8_t*)&ch,1,0xFFFF);
	return ch;
}
/* USER CODE END 4 */

3、运行与调试

 

        用户还可以在CubeMX里对本示例进行功耗计算，RUN模式下的耗电流是48.51mA，STANDBY模式下的耗电流是3μA。选用3400mAh的锂电池供电，1年6月23天11小时。

 

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