[嵌入式] STM32物联网项目-低功耗模式

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[嵌入式]STM32物联网项目-低功耗模式

低功耗模式

电源框图

在这里插入图片描述

VDD供电区域一般为2V ~ 3.6V，经过电压调节器可降压到1.8V给CPU核心、存储器和内置数字外设供电，为了降低CPU的功耗，

后备供电区域可由电池供电，输入引脚为V_BAT

STM32各种电源

在这里插入图片描述

STM32的低功耗模式

STM32F10xxx有三种低功耗模式：

睡眠模式：Cortex?-M3内核停止，所有外设包括Cortex-M3核心的外设，如NVIC、系统时钟(SysTick)等仍在运行
停止模式：所有的时钟都已停止
待机模式：1.8V电源关闭

在这里插入图片描述

模式从上到下功耗越低，但唤醒条件越严格

此外，在运行模式下，可以通过以下方式中的一种降低功耗：

降低系统时钟。时钟频率越慢功耗越低，例如平时使用芯片时的系统时钟频率都是72MHz，这能满足绝大部分外设的要求，但如果是点个流水灯，又想要低功耗，就没必要使用72MHz的，用8M或者更低能运行的话就用低点的，
关闭APB和AHB总线上未被使用的外设时钟。

低功耗模式下的自动唤醒（AWU）

在这里插入图片描述

低功耗模式下的自动唤醒（AWU）在STM32F1是没有的，在F4是有的，但F1可以通过RTC闹钟事件来唤醒

如下面STM32F4的RTC框图，就有16位的唤醒自动重载寄存器，可以通过设定值来唤醒

在这里插入图片描述

实验目标

触摸按键1被按下，则系统进入睡眠模式，点击触摸按键4退出睡眠模式；

触摸按键2被按下，则系统进入停止模式，点击触摸按键4退出停机模式；

触摸按键3被按下，则进入待机模式，通过复位按键退出待机模式；

CubeMX配置

按键外部中断的配置，LED灯作系统的指示作用，拉低WIFI模块的使能脚，不然模块会耗电

在这里插入图片描述

初始化串口1，用于打印信息

在这里插入图片描述

程序

stm32f1xx_hal_pwr.h

下面是进入低功耗模式的三个HAL库函数，可以直接调用

/* Low Power modes configuration functions ************************************/
void HAL_PWR_EnterSTOPMode(uint32_t Regulator, uint8_t STOPEntry);		//进入停止模式
void HAL_PWR_EnterSLEEPMode(uint32_t Regulator, uint8_t SLEEPEntry);	//进入睡眠模式
void HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(void);								//进入停机模式

进入或退出睡眠模式

在这里插入图片描述

以WFI进入睡眠模式后，是可以通过任意一个中断来唤醒的，这里就需要注意了，平时使用的延时函数HAL_Delay()是以SysTick滴答定时器来作为时基的，并且NVIC中默认已经开启了SysTick的中断，如果直接在主函数中调用HAL_PWR_EnterSLEEPMode函数进入睡眠模式的话，SysTick滴答定时器的中断就会立马唤醒系统，达不到低功耗的效果；所以在进入睡眠模式之前，需要先关闭SysTick的中断

同理，系统中开启的用户中断也要关闭，如定时器，外部中断等，可以留某些中断用于退出睡眠模式

在这里插入图片描述

进入睡眠模式函数

这里可以记住几个函数，有个印象，除了定时器其他的平时都少用，但要用的时候又难找

停止SysTick中断函数——HAL_SuspendTick()

停止定时器6中断——HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim6)

关闭外部中断——HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTIx_IRQn)

恢复Systick中断——HAL_ResumeTick()

恢复(启动)定时器6中断——HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6)

恢复外部中断——HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTIx_IRQn)

进入睡眠模式后，通过触摸按键4，触发外部中断，可退出睡眠模式

/*
* @name   Enter_Sleep_Mode
* @brief  进入睡眠模式
* @param  None
* @retval None
*/
static void Enter_Sleep_Mode()
{
    /*注意：任一中断都可以将系统从睡眠模式中唤醒*/

    //需要先关闭Systick和定时器6的中断，否则进入睡眠模式后立马被唤醒
    HAL_SuspendTick();              //停止Systick中断
    HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim6);   //停止定时器6中断

    //关闭外部中断0至2，只允许触摸按键4外部中断退出睡眠模式
    HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI0_IRQn);
    HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI1_IRQn);
    HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI2_IRQn);

    //以WFI进入睡眠模式，可以被任一中断唤醒
    HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON,PWR_SLEEPENTRY_WFI);

    //恢复中断
    HAL_ResumeTick();               //恢复Systick中断
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6);  //恢复定时器6中断

    //恢复外部中断0至2
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI1_IRQn);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI2_IRQn);
}

进入睡眠模式函数的参数说明


/**
  * @brief Enters Sleep mode.
  * @note  In Sleep mode, all I/O pins keep the same state as in Run mode.
  * @param Regulator: Regulator state as no effect in SLEEP mode -  allows to support portability from legacy software
  * @param SLEEPEntry: Specifies if SLEEP mode is entered with WFI or WFE instruction.
  *           When WFI entry is used, tick interrupt have to be disabled if not desired as 
  *           the interrupt wake up source.
  *           This parameter can be one of the following values:
  *            @arg PWR_SLEEPENTRY_WFI: enter SLEEP mode with WFI instruction
  *            @arg PWR_SLEEPENTRY_WFE: enter SLEEP mode with WFE instruction
  * @retval None
  */
void HAL_PWR_EnterSLEEPMode(uint32_t Regulator, uint8_t SLEEPEntry)
{
  /* Check the parameters */
  /* No check on Regulator because parameter not used in SLEEP mode */
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(Regulator);

  assert_param(IS_PWR_SLEEP_ENTRY(SLEEPEntry));
  ........
}

进入睡眠模式的HAL库函数中，参数Regulator表示电压调节器，而睡眠模式下的电压调节器是始终打开的，那为什么还有这个参数呢？

原因：可以看参数Regulator的英文说明，Regulator state as no effect in SLEEP mode - allows to support portability from legacy software，说的是电压调节器的状态在睡眠模式下是没有影响的，无论传哪个符合的参数进去，电压调节器还是会打开，定义这个参数只是为了兼容以前的代码；同时在函数内部也不对Regulator参数进行检查，该参数在睡眠模式下无效

进入和退出停机模式

因为停机模式只能由外部中断来退出，所以可以不停止SysTick定时器中断和定时器中断，在函数中留个按键4外部中断用来退出停机模式，其他外部中断都禁止掉

在这里插入图片描述

/*
* @name   Enter_Stop_Mode
* @brief  进入停机模式
* @param  None
* @retval None
*/
static void Enter_Stop_Mode()
{
    /*注意：外部中断可以将系统从停机模式中唤醒*/

    //关闭外部中断0至2，只允许触摸按键4外部中断退出停止模式
    HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI0_IRQn);
    HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI1_IRQn);
    HAL_NVIC_DisableIRQ(EXTI2_IRQn);

    //以WFI、电压调节器低功耗模式进入停机模式
    HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON,PWR_STOPENTRY_WFI);

    //退出停机模式时，HSI RC振荡器被选为系统时钟
    //重新选择系统时钟为HSE
    SystemClock_Config();
    //开启外部中断
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI1_IRQn);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI2_IRQn);
}

void HAL_PWR_EnterSTOPMode(uint32_t Regulator，uint8_t STOPEntry)

进入停机模式的函数中，参数Regulator（内部调压器的）有两种选择，

一种是：PWR_MAINREGULATOR_ON（正常模式）

另一种是：PwR_LOWPOWERREGULATOR_ON（低功耗模式）

两种选择的区别，正常模式恢复比较快，低功耗模式功耗较低，但启动时间会长点，可根据产品来选择，如果产品要求启动时间要快，则选择正常模式，如果对启动时间没有要求，则选择低功耗模式

注意：当一个中断或唤醒事件导致退出停止模式时，HSI RC振荡器被选为系统时钟，所以从停止模式退出后，要重新设置系统时钟，需要调用SystemClock_Config()函数

进入和退出待机模式

待机模式可实现系统的最低功耗。该模式是在Cortex-M3深睡眠模式时关闭电压调节器。整个 1.8V供电区域被断电。PLL、HSI和HSE振荡器也被断电。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

直接调用库函数进入待机模式，此时芯片的IO引脚处于高阻态，并不受芯片控制，所以那些模块的电最好都先断掉

在这里插入图片描述

/*
* @name   Enter_Standby_Mode
* @brief  进入待机模式
* @param  None
* @retval None
*/
static void Enter_Standby_Mode()
{
    /*注意：系统复位键可以将系统从待机模式中唤醒*/

    //待机模式直接调用库函数即可
    HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
}

System.c

运行函数中延时1s，然后每隔10ms检测低功耗模式标志位是否被置位，是则调用函数进入对应的低功耗模式

/*
* @name   Run
* @brief  系统运行
* @param  None
* @retval None   
*/
static void Run()
{
  uint8_t i;
  //延时1s，期间每隔10ms检测是否需要进入低功耗模式
  for(i=0;i<100;i++)
  {
    //进入睡眠模式
    if(LowPower.Enter_Sleep_Mode_Flag == TRUE)
    {
      LowPower.Enter_Sleep_Mode_Flag = FALSE;
      printf("系统进入睡眠模式，通过按键4唤醒\r\n");
      LowPower.Enter_Sleep_Mode();
    }
    //进入停机模式
    if(LowPower.Enter_Stop_Mode_Flag == TRUE)
    {
      LowPower.Enter_Stop_Mode_Flag = FALSE;
      printf("系统进入停机模式，通过按键4唤醒\r\n");
      LowPower.Enter_Stop_Mode();
    }
    //进入待机模式
    if(LowPower.Enter_Standby_Mode_Flag == TRUE)
    {
      LowPower.Enter_Standby_Mode_Flag = FALSE;
      printf("系统进入待机模式，通过复位按键唤醒\r\n");
      printf("待机模式，外设不受STM32控制，系统功耗可能增加！\r\n");
      printf("如WiFi模块，可以用镊子将EN管脚短接到地！\r\n");
      LowPower.Enter_Standby_Mode();
    }
    //延时
    HAL_Delay(10);
  }
  printf("系统正常运行\r\n");
}

CallBack.c

在中断回调函数中判断触摸按键是否被按下，是则将低功耗模式标志位置位，然后主函数中就可以调用低功耗函数让系统进入低功耗模式


/*
* @name   HAL_GPIO_EXTI_Callback
* @brief  外部中断回调函数
* @param  GPIO_Pin：触发外部中断的引脚
* @retval None   
*/
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  uint8_t i;
  if(GPIO_Pin == KEY1_Pin)
  {
    printf("检测到按键1被按下\r\n");
    LowPower.Enter_Sleep_Mode_Flag = TRUE;
    LED.LED_Fun(LED2,LED_ON);
    for(i=0;i<100;i++)
    {
      HAL_Delay(10);
      if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port,KEY1_Pin) == GPIO_PIN_SET)
      {
        LowPower.Enter_Sleep_Mode_Flag = FALSE;
        printf("按键1提前释放，系统正常运行\r\n");
        break;
      }
    }
    LED.LED_Fun(LED2,LED_OFF);
  }

  if(GPIO_Pin == KEY2_Pin)
  {
    printf("检测到按键2被按下\r\n");
    LowPower.Enter_Stop_Mode_Flag = TRUE;
    LED.LED_Fun(LED2,LED_ON);
    for(i=0;i<100;i++)
    {
      HAL_Delay(10);
      if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port,KEY2_Pin) == GPIO_PIN_SET)
      {
        LowPower.Enter_Stop_Mode_Flag = FALSE;
        printf("按键2提前释放，系统正常运行\r\n");
        break;
      }
    }
    LED.LED_Fun(LED2,LED_OFF);
  }

  if(GPIO_Pin == KEY3_Pin)
  {
    printf("检测到按键3被按下\r\n");
    LowPower.Enter_Standby_Mode_Flag = TRUE;
    LED.LED_Fun(LED2,LED_ON);
    for(i=0;i<100;i++)
    {
      HAL_Delay(10);
      if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY3_GPIO_Port,KEY3_Pin) == GPIO_PIN_SET)
      {
        LowPower.Enter_Standby_Mode_Flag = FALSE;
        printf("按键3提前释放，系统正常运行\r\n");
        break;
      }
    }
    LED.LED_Fun(LED2,LED_OFF);
  }
}