【STM32】PWR電源控制
- 一、PWR
- 1.1 PWR簡介
- 1.2 STM32電源框圖
- 1.3 上電覆位和掉電覆位
- 1.4 可編程電壓監測器
- 二、低功耗模式
- 2.1 睡眠模式
- 2.2 停止模式
- 2.3 待機模式
一、PWR
1.1 PWR簡介
- PWR（Power Control）電源控制
- PWR負責管理STM32內部的電源供電部分，可以實現可編程電壓監測器和低功耗模式的功能
- 可編程電壓監測器（PVD）可以監控VDD電源電壓，當VDD下降到PVD閥值以下或上升到PVD閥值之上時，PVD會觸發中斷，用於執行緊急關閉任務
- 低功耗模式包括睡眠模式（Sleep）、停機模式（Stop）和待機模式（Standby），可在系統空閒時，降低STM32的功耗，延長設備使用時間
1.2 STM32電源框圖
1. 供電區域劃分
圖中把STM32的電源系統劃分為四個核心供電區域，分別對應不同的功能模塊，實現電源的分級管理與針對性供電：
- VDDA供電區域
- VDD供電區域
- 1.8V供電區域
- 後備供電區域（VBAT）
2. 各區域功能與模塊解析
1） VDDA供電區域
- 供電對象：A/D轉換器、温度傳感器、復位模塊、PLL（鎖相環）。
- 電源範圍：
VREF-（可與VSSA共地）到VREF+，電壓範圍從2.4V起至VDDA。 - 設計邏輯：該區域為模擬/混合信號模塊供電，需保證電源的穩定性（如ADC對電源噪聲敏感），因此獨立劃分供電，避免數字電路的干擾。
2）VDD供電區域
- 子模塊1：I/O電路
負責CPU芯片的輸入輸出接口供電，是數字信號與外部設備交互的“門户”。 - 子模塊2：待機電路（喚醒邏輯、IWDG）
- 喚醒邏輯：支持芯片從低功耗待機模式快速喚醒，保障系統響應速度。
- IWDG（獨立看門狗）：是一種硬件監控機制，若程序運行異常（如死循環），IWDG會觸發復位，保證系統可靠性。
- 子模塊3：電壓調節器
是電源管理的核心單元之一，負責將VDD的輸入電壓轉換為1.8V，為“1.8V供電區域”供電。
3）1.8V供電區域
- 供電對象：CPU核心、存儲器、內置數字外設。
- 設計邏輯：CPU和高速數字模塊對電源電壓精度、功耗敏感，通過電壓調節器將VDD降壓到1.8V，既滿足性能需求，又能降低功耗。
4）後備供電區域（VBAT）
- 供電對象：LSE 32K晶體振盪器、後備寄存器、RCC BDCR寄存器、RTC（實時時鐘）。
- 設計邏輯：該區域由備用電池（VBAT）供電，即使主電源（VDD）掉電，也能維持RTC計時、後備寄存器數據存儲，保障系統的時間連續性和關鍵數據不丟失。
1.3 上電覆位和掉電覆位
- 復位信號（Reset）：低電平表示芯片處於復位狀態，高電平表示覆位釋放，芯片開始運行。
- 上電階段：電源電壓從 0 上升，當超過 POR 閾值並經過滯後時間後，復位信號釋放，芯片開始初始化運行。
- 掉電階段：電源電壓下降，當低於 PDR 閾值時，復位信號拉低，芯片進入復位狀態，防止電壓不足時運行異常。
- 上電時超過POR才不會復位，掉電時低於PDR就開始復位。
- 通過硬件級的復位機制，保證芯片在 “上電時電源穩定後才啓動”“掉電時提前復位以保護數據”，提升系統可靠性。
1.4 可編程電壓監測器
- 電壓上升階段：當 VDD/V DDA 電壓上升超過 PVD 閾值時，PVD 輸出電平翻轉。
- 電壓下降階段：當 VDD/V DDA 電壓 下降低於（PVD 閾值 - 100mV 遲滯） 時，PVD 輸出電平再次翻轉。
- 可用於提前檢測電源電壓異常（如掉電預警），讓系統有時間執行備份數據、進入低功耗等保護操作，提升系統可靠性。用户可通過配置寄存器選擇不同的 PVD 閾值，適配不同應用場景的電源監測需求。
二、低功耗模式
- 睡眠模式：是“輕量級”低功耗模式，僅暫停CPU運行，外設和時鐘基本保持，用於短時間待機且需快速響應的場景。
- 停機模式：深度降低功耗，關閉大部分時鐘和1.8V區域供電，需外部中斷喚醒，適用於對功耗敏感、可容忍稍慢喚醒速度的場景。
- 待機模式：是最深的低功耗模式，幾乎關閉所有電源和時鐘（僅後備區域保持），需特定喚醒源（如WKUP引腳、RTC），用於極致功耗優化的場景。
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低功耗模式
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CPU狀態
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內核外設/寄存器
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系統時鐘
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大部分外設狀態
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特殊保持的模塊
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睡眠模式（Sleep）
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停止運行
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保持（數據不丟）
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保持（可配置）
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正常運行（可配置關閉）
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無（或僅關閉未使用外設）
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停機模式（Stop）
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停止運行
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保持（數據不丟）
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關閉
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斷電（寄存器數據保持）
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RTC、IWDG（若使能）
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待機模式（Standby）
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完全斷電
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丟失（全部重置）
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幾乎全部關閉
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幾乎全部斷電
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RTC、LSE、後備寄存器、IWDG（若使能）
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2.1 睡眠模式
- 執行完WFI/WFE指令後，STM32進入睡眠模式，程序暫停運行，喚醒後程序從暫停的地方繼續運行
- SLEEPONEXIT位決定STM32執行完WFI或WFE後，是立刻進入睡眠，還是等STM32從最低優先級的中斷處理程序中退出時進入睡眠
- 在睡眠模式下，所有的I/O引腳都保持它們在運行模式時的狀態
- WFI指令進入睡眠模式，可被任意一個NVIC響應的中斷喚醒
- WFE指令進入睡眠模式，可被喚醒事件喚醒
WFI 模式實現代碼
#include "stm32f10x.h"
// 初始化NVIC中斷（用於WFI喚醒）
void NVIC_Init_For_WFI(void) {
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
// 配置某中斷（如外部中斷EXTI0）
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
// 配置睡眠模式（SLEEP-ON-EXIT使能）
void Sleep_Mode_Config(void) {
// 使能SLEEPONEXIT位：執行完中斷服務程序後進入睡眠
SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPONEXIT_Msk;
// 選擇睡眠模式為“深度睡眠禁用”（即普通睡眠模式）
PWR->CR &= ~PWR_CR_PDDS;
PWR->CR |= PWR_CR_CWUF; // 清除喚醒標誌
}
int main(void) {
// 系統初始化（時鐘、外設等）
SystemInit();
NVIC_Init_For_WFI();
Sleep_Mode_Config();
while(1) {
// 執行WFI指令進入睡眠，被任意NVIC中斷喚醒後繼續執行
__WFI();
// 喚醒後從這裏繼續運行
}
}
// 中斷服務程序（示例：EXTI0中斷）
void EXTI0_IRQHandler(void) {
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {
// 中斷處理邏輯
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
}
}2.2 停止模式
- 執行完WFI/WFE指令後，STM32進入停止模式，程序暫停運行，喚醒後程序從暫停的地方繼續運行
- 1.8V供電區域的所有時鐘都被停止，PLL、HSI和HSE被禁止，SRAM和寄存器內容被保留下來
- 在停止模式下，所有的I/O引腳都保持它們在運行模式時的狀態
- 當一箇中斷或喚醒事件導致退出停止模式時，HSI被選為系統時鐘
- 當電壓調節器處於低功耗模式下，系統從停止模式退出時，會有一段額外的啓動延時
- WFI指令進入停止模式，可被任意一個EXTI中斷喚醒
- WFE指令進入停止模式，可被任意一個EXTI事件喚醒
停止模式（WFI 喚醒，EXTI 中斷觸發）
#include "stm32f10x.h"
// 初始化EXTI中斷（用於喚醒停止模式）
void EXTI_Init_For_Stop(void) {
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
// 使能GPIO和AFIO時鐘
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
// 配置GPIO為輸入模式（如GPIOA0）
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; // 上拉輸入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
// 配置EXTI中斷
EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising; // 上升沿觸發中斷
EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
// 配置NVIC中斷
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
// 停止模式配置
void Stop_Mode_Config(void) {
// 使能深度睡眠
SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;
// 選擇停止模式（PDDS=0，LPDS=1）
PWR->CR |= PWR_CR_LPDS;
PWR->CR &= ~PWR_CR_PDDS;
PWR->CR |= PWR_CR_CWUF; // 清除喚醒標誌
}
int main(void) {
// 系統初始化（時鐘、外設等）
SystemInit();
EXTI_Init_For_Stop();
Stop_Mode_Config();
while(1) {
// 執行WFI指令進入停止模式，被EXTI0中斷喚醒後繼續執行
__WFI();
// 喚醒後從這裏繼續運行
}
}
// EXTI0中斷服務程序
void EXTI0_IRQHandler(void) {
if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET) {
// 中斷處理邏輯
EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
}
}2.3 待機模式
- 執行完WFI/WFE指令後，STM32進入待機模式，喚醒後程序從頭開始運行
- 整個1.8V供電區域被斷電，PLL、HSI和HSE也被斷電，SRAM和寄存器內容丟失，只有備份的寄存器和待機電路維持供電
- 在待機模式下，所有的I/O引腳變為高阻態（浮空輸入）
- WKUP引腳的上升沿、RTC鬧鐘事件的上升沿、NRST引腳上外部復位、IWDG復位退出待機模式
待機模式WKUP引腳 實現代碼
#include "stm32f10x.h"
void Standby_Mode_Config(void) {
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);
SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;
PWR->CR |= PWR_CR_PDDS; // 選擇待機模式
PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE); // 使能WKUP引腳喚醒
PWR->CR |= PWR_CR_CWUF; // 清除喚醒標誌
__WFI(); // 進入待機模式
}
int main(void) {
SystemInit();
Standby_Mode_Config();
// 喚醒後從頭執行，需重新初始化
while(1) {
// 應用邏輯
}
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