嵌入式开发之STM32学习笔记day20

STM32F103C8T6  PWR电源控制

1 PWR简介

        PWR（Power Control）电源控制单元是STM32微控制器中一个重要的组成部分，它负责管理系统的电源管理功能，以优化功耗并提高效率。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。以下是PWR电源控制单元的主要功能说明：

   1. 可编程电压监测器（PVD）：

• 该功能允许微控制器实时监控VDD（主电源）的电压水平。
• 当VDD电压下降至预设的阈值以下或超过阈值以上时，PVD监测器会触发中断，使系统能够执行必要的紧急处理措施，如数据保存或系统关闭。

   2. 低功耗模式：
   STM32提供多种低功耗模式，以适应不同的应用场景和节能需求。

• 睡眠模式（Sleep Mode）：CPU停止工作，但外设和中断仍可响应，功耗大幅降低。
• 停机模式（Stop Mode）：所有时钟停止，包括CPU和外设，但SRAM内容保持不变，功耗进一步降低。
• 待机模式（Standby Mode）：系统进入最低功耗状态，仅RTC和备份寄存器保持运行，适用于需要保持时间信息的场合。

2 电源框图

         这张图展示了STM32微控制器的电源框架图，其中VDDA和VSSA分别连接到VDD和VSS，为微控制器的不同供电区域提供电源。VDDA供电区域包括A/D转换器、温度传感器、复位模块和PLL等，VDD供电区域包括I/O电路、待机电路（含唤醒逻辑和IWDG）、电压调节器等，而1.8V供电区域则为CPU核心、存储器和内置数字外设提供电力。此外，还有从VBAT供电的后备供电区域，包括LSE 32K晶体振荡器、后备寄存器、RCC BDCR寄存器和RTC，用于在主电源断电时维持基本功能。

3 上电复位和掉电复位

        图5展示了微控制器上电复位（POR，Power-On Reset）和掉电复位（PDR，Power-Down Reset）的电压波形图。图中显示，当电源电压VDD/VDDA从0上升到超过POR阈值时，微控制器触发上电复位过程，复位信号Reset变高，维持一段时间以确保系统稳定启动，然后Reset信号变低，系统开始正常运行；当电源电压从高电平下降至低于PDR值时，触发掉电复位过程，Reset信号再次变高，以确保在电源恢复前系统处于已知状态。图中还标注了40mV的迟滞（hysteresis），这是为了避免电源电压的小幅波动导致系统不稳定的复位操作，以及标注了滞后时间（tRSTTEMPO），表示复位信号保持高电平的时间长度，确保系统完成必要的初始化过程。 

4 可编程电压监测器

        图6描述了微控制器中可编程电压检测器（PVD）的门限特性，其中VDD/VDDA代表电源电压，图中显示了PVD阈值，当电源电压超过此阈值时PVD触发，输出信号从高电平变为低电平以指示电压过高，图中还标示了100毫伏的迟滞范围，确保电源电压变化必须超过阈值并保持一段时间才能触发PVD，避免因电源电压小幅波动而产生误触发，PVD输出信号可用于触发中断或唤醒微控制器，执行紧急处理措施，以保护系统免受电压异常影响，确保系统的稳定性和可靠性。

5 低功耗模式

        表8概述了STM32微控制器的低功耗模式，包括睡眠（SLEEP-NOW或SLEEP-ON-EXIT）和停机（Stop）模式。在睡眠模式下，可以通过WFI（等待中断）或WFE（等待唤醒事件）进入，唤醒方式可以是任一中断或唤醒事件。在停机模式下，通过设置PDDS和LPDS位以及SLEEPDEEP位进入，唤醒方式包括任一外部中断、WKUP引脚的上升沿、RTC闹钟事件、NRST引脚上的外部复位或IWDG复位。在睡眠模式下，CPU时钟关闭，但对1.8V区域时钟和其他时钟和ADC时钟无影响，而在停机模式下，关闭所有1.8V区域的时钟，对VDD区域时钟的影响取决于电源控制寄存器（PWR_CR）的设置，电压调节器在这两种模式下均开启或关闭。

6 模式选择

        执行WFI（Wait For Interrupt）或者WFE（Wait For Event）指令后，STM32进入低功耗模式：

 6.1 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

6.2 停机模式

• 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

6.3 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