1. STM32电源结构

stm32的电源结构，由三个部分组成，如下图：

1. 第一部分是VDDA的供电区域和参考电压：

• 为了提高ADC的转换精度，stm32中的ADC实验一个单独的电源供电，过滤和屏蔽来自印刷板上的干扰和噪声
• ADC的电源引脚为VDDA，中间可能会接一个RC滤波或者磁珠，然后连接到VDD
• 以及独立的电源VSSA，如果芯片引脚中有VREF-，那么必须连接到VSSA
• 对于100引脚和144引脚的芯片，会有VREF+和VREF-引脚；64引脚及以下的是没有的，内部和ADC的电源相连

2. 电压调节器和VDD供电区域：

• 电压调节器是STM32的电源系统中核心的部分，连接VDD供电区域和1.8V供电区域。
• VDD供电区域电源来自VSS和VDD，负责IO电路以及待机电路供电。
• 电压调节器（也叫1.8V供电区域）主要负责给备份域以及待机电路之外的所有数字电路供电，包括内核、数字外设以及RAM。

电压调节器在上电之后，是自动使能的，对于的有三种工作模式：

• 运转模式：调节器以正常功耗模式提供1.8V电源（内核、内存和外设）
• 停止模式：调节器以低功耗模式提供1.8V电源，以确保寄存器和SRAM的内容
• 待机模式：调节器停止供电，除了备用电路和备份域以外，寄存器和SRAM的内容全部丢失。

3. 电池备份区域（后备供电区域）

• 电池备份区域也就是后备供电区域，使用电池或者其他电源连接到 VBAT 脚上
• 当 VDD 断电时，可以保存备份寄存器的内容和维持 RTC 的功能
• 同时 VBAT 引脚也为 RTC 和 LSE 振荡器（LSE对于的引脚为PC14和PC15）供电，这保证了当主要电源被切断时，RTC 能够继续工作
• 切换到 VBAT 供电由复位模块中的掉电复位功能控制。
• 如果应用中没有使用外部电池，VBAT必须连接到VDD引脚上
• 如果在应用中没有外部电池，建议VBAT在外部通过一个100nF的陶瓷电容与VDD相连，

2. 电源管理器

2.1 上电复位和掉电复位

STM32内部有一个完整的上电复位(POR)和掉电复位(PDR)电路，当供电电压达到2V时系统既能正常工作

• 当电源的电压V_DD/V_DDA上升至V_POP时，经过一个滞后时间t_RSTTEMPO之后，会产生复位信号，系统开始运行。
• 当电源的电压V_DD/V_DDA下降至V_PDR时，会立即产生复位信号，系统无法正常运行。
• POR 与 PDR 的复位电压阈值是固定的，VPOR 阈值（典型值）为 1.92V，VPDR 阈值（典型值）为 1.88V。
• 上电复位和掉电复位的阈值是不一样的，两者之间大概有个40mV的间距，具有迟滞性。

2.2 可编辑电压监测器（PVD）

2.1中的上电复位和掉电复位是系统自己完成的，同时用户也可利用PVD对V_DD电压与电源控制寄存器（PWR_CR）中的PLS[2:0]位进行比较，来检测电源电压。

• PVDE用来使能PVD功能
• 电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)中的PVDO标志用来表明VDD是高于还是低于PVD的电压阀值。
• 该事件在内部连接到外部中断的第16线，如果该中断在外部中断寄存器中是使能的，该事件就会产生中断
• 当VDD下降到PVD阀值以下和(或)当VDD上升到PVD阀值之上时，根据外部中断第16线的上升/下降边沿触发设置，就会产生PVD中断
• 这一特性可用于用于执行紧急关闭任务。
  
  下面是PWR_CR寄存器定义：
  

3. 低功耗模式介绍

当系统或电源复位之后，微控制器处于运行状态，当CPU不需要运行的时候，我们可以利用很多低功耗模式来节省功耗，然后再等待某一个特定的外部事件，对CPU进行唤醒。STM32中提供了三种不同的低功耗模式：

• 睡眠模式：内核停止运行，此外所有外设（包括芯片的片上外设，NVIC，定时器，ADC等）都处于运行的状态
• 停止模式：内核停止运行，此外说有外设的时钟都已停止，再次唤醒可以继续从原来进入低功耗的位置继续运行。
• 待机模式：再停止模式的基础上，内核核心区域的1.8V供电区域断电，下次唤醒会导致系统复位。
• 此外，运行状态下，也可以通过降低系统时钟频率、关闭APB和AHB总线上未使用的外设时钟来降低功耗。

下面是低功耗模式一览：

3.1 睡眠模式

进入睡眠模式，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，有两种进入睡眠模式的模式 WFI 和 WFE。WFI(Wait for interrupt)和 WFE(Wait for event)是内核指令，会调用一些汇编指令，根据调用内核指令的不同，睡眠后唤醒的方式对于为等待“中断”唤醒和“事件”唤醒。

3.2 停止模式

进入停止模式，所有的时钟都关闭，所有的外设也就停止了工作。但是 VDD电源是没有关闭的，所以内核的寄存器和内存信息都保留下来，等待重新开启时钟就可以从上次停止的地方继续执行程序。

当电压调节器处于低功耗模式下，当系统从停止模式退出时，将会有一段额外的启动延时。如果在停止模式期间保持内部调节器开启，则退出启动时间会缩短，但相应的功耗会增加。

在这里插入图片描述

3.3 待机模式

待机模式可实现最低功耗。该模式是在 CM3 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。除备份域（RTC 寄存器、RTC 备份寄存器和备份 SRAM）和待机电路中的寄存器外，SRAM 和其他寄存器内容都将丢失。

需要注意以下几点：

• 待机模式下，所有IO引脚都处于高阻态，除了复位引脚、被使能的唤醒引脚和被设置为防侵入或校准输出时的TAMPER引脚
• 在待机模式下，由于内核失去了时钟，因此无法进行调试、下载等操作。

4. 低功耗相关寄存器

低功耗相关寄存器最主要的是电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)，下面是其具体定义：

5. 低功耗相关HAL库驱动

下面是一些低功耗会用到的HAL库驱动，如下表：

驱动函数	关联寄存器	功能描述
HAL_PWR_EnterSLEEPMode(…)	SCB_SCR	进入睡眠模式
HAL_PWR_EnterSTOPMode(…)	PWR_CR/SCB_SCR	进入停止模式
HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(…)	PWR_CR/SCB_SCR	进入待机模式
HAL_PWR_EnableWakeUpPin(…)	PWR_CSR	使能WKUP管脚唤醒功能
__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(…)	PWR_CR	清除PWR的相关标记
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(…)	RCC_APB1ENR	使能电源时钟
HAL_SuspendTick()	SysTick	关闭sysTick计时，失能sysTick中断
HAL_ResumeTick()	SysTick	开启sysTick计时，使能sysTick中断

5.1 HAL_PWR_EnterSLEEPMode(…)

此函数用于HAL库进入睡眠模式，具体函数原型如下：

/*** @brief       HAL_PWR_EnterSLEEPMode：进入睡眠模式* @param       Regulator: 为了统一接口设计，无实际意义* @param       SLEEPEntry: 进入睡眠模式的指令，可选参数为PWR_SLEEPENTRY_WFI和PWR_SLEEPENTRY_WFE* @retval      无*/
void HAL_PWR_EnterSLEEPMode(uint32_t Regulator, uint8_t SLEEPEntry);

函数定义如下：

/* 进入睡眠模式 */
void HAL_PWR_EnterSLEEPMode(uint32_t Regulator, uint8_t SLEEPEntry)
{/* 参数检查，Regulator实际上没有使用 */UNUSED(Regulator);/* 断言，也是为了参数的检查 */assert_param(IS_PWR_SLEEP_ENTRY(SLEEPEntry));/* 清除SLEEPDEEP位，表示立即进入睡眠模式 */CLEAR_BIT(SCB->SCR, ((uint32_t)SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk));/* 选择进入睡眠模式的指令*/if(SLEEPEntry == PWR_SLEEPENTRY_WFI){/* 等待中断唤醒 */__WFI();}else{/* 等待事件唤醒 */__SEV();__WFE();__WFE();}
}

5.2 HAL_PWR_EnterSTOPMode(…)

此函数用于HAL库进入停止模式，具体函数原型如下：

/*** @brief       HAL_PWR_EnterSTOPMode：进入停止模式* @param       Regulator: 停止模式时的电源调节器状态* PWR_MAINREGULATOR_ON: 使用主调节器（Main Regulator）。在这种模式下，微控制器在进入停止模式时仍然可以保持一些外设的电源。* PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON: 使用低功耗调节器（Low Power Regulator）。在这种模式下，电源会更低，适合需要更长时间低功耗的应用，但外设的响应可能会稍慢。* @param       SLEEPEntry: 进入睡眠模式的指令，可选参数为PWR_SLEEPENTRY_WFI和PWR_SLEEPENTRY_WFE* @retval      无*/
void HAL_PWR_EnterSTOPMode(uint32_t Regulator, uint8_t STOPEntry);

函数定义如下：

/* 进入停止模式 */
void HAL_PWR_EnterSTOPMode(uint32_t Regulator, uint8_t STOPEntry)
{/* 检查参数 */assert_param(IS_PWR_REGULATOR(Regulator));assert_param(IS_PWR_STOP_ENTRY(STOPEntry));/* 清除电源控制寄存器(PWR_CR)中的PDDS位 */ CLEAR_BIT(PWR->CR,  PWR_CR_PDDS);/* 通过设置PWR_CR中LPDS位选择电压调节器的模式 */MODIFY_REG(PWR->CR, PWR_CR_LPDS, Regulator);/* 设置Cortex-M3系统控制寄存器中的SLEEPDEEP位 */SET_BIT(SCB->SCR, ((uint32_t)SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk));/* 选择停止模式的进入指令*/if(STOPEntry == PWR_STOPENTRY_WFI){/* 通过中断唤醒 */__WFI();}else{/*通过事件唤醒 */__SEV();PWR_OverloadWfe(); /* WFE redefine locally */PWR_OverloadWfe(); /* WFE redefine locally */}/*  清除Cortex-M3系统控制寄存器中的SLEEPDEEP位 */CLEAR_BIT(SCB->SCR, ((uint32_t)SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk));
}

5.3 HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(…)

此函数用于HAL库进入待机模式，具体函数原型如下：

/*** @brief       HAL_PWR_EnterSTANDBYMode：进入待机模式* @param       无* @retval      无*/
void HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(void);

函数定义如下：

/* 进入待机模式 */
void HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(void)
{/* 设置电源控制寄存器(PWR_CR)中的PDDS位 */SET_BIT(PWR->CR, PWR_CR_PDDS);/* 设置Cortex™-M3系统控制寄存器中的SLEEPDEEP位 */SET_BIT(SCB->SCR, ((uint32_t)SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk));/* 清除电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)中的WUF位 */
#if defined ( __CC_ARM)__force_stores();
#endif/* 通过WFI指令进入待机模式 */__WFI();
}

以上就是进入低功耗模式主要涉及到的三个驱动函数，其他的函数，由于内部实现较为简单，所有这里不做介绍。下面我们开始介绍低功耗模式的配置和使用步骤：

6. 低功耗模式配置及使用步骤

6.1 CubeMX配置

我们在进入低功耗模式的时候，通常使用的是WFI指令进入，因此我们需要配置一个中断进行唤醒，并且在待机模式中，规定了可以通过WKUP引脚的上升沿触发，所以我们这里为了方便，直接使用WKUP引脚的上升沿触发，具体CubeMX配置如下：

其他部分的配置不做介绍，自行配置或者查阅往期内容即可，下面是具体使用步骤：

6.2 睡眠模式配置步骤

6.3 停止模式配置步骤

【注】：退出停止模式，HSI RC振荡器被选为系统时钟

6.4 待机模式配置步骤

【注】：待机模式下，所有I/O引脚处于高阻态，除了复位引脚、被使能的唤醒引脚等。同时也不能下载程序，必须退出待机模式才能下载

7. 低功耗模式操作实验

7.1. 实验内容

在STM32F103RCT6上进行实验，通过按键控制，进入低功耗模式，具体要求如下：

• 使用按键触发方式，KEY0进入睡眠模式，KEY1进入停止模式，KEY2进入待机模式，KEY_UP唤醒
• 通过串口打印相关信息
• 定义一个LED闪烁，执行系统正常运行

7.2 代码实现

• 由于本期内容涉及到按键扫描，会用到： STM32框架之按键扫描新思路 ，这里不做过多介绍。我们直接来看代码：

1. main函数

int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 */
uint16_t timeCount = 0;/* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit *//* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 *//* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){timeCount++;Key_One_Scan(Key_Name_Key0,Key0_Up_Task,Key0_Down_Task);         //扫描Key0状态Key_One_Scan(Key_Name_Key1,Key1_Up_Task,Key1_Down_Task);         //扫描Key1状态Key_One_Scan(Key_Name_Key2,Key2_Up_Task,Key2_Down_Task);         //扫描Key2状态HAL_Delay(10);if(timeCount >= 20){timeCount = 0;HAL_GPIO_TogglePin(LED0_GPIO_Port,LED0_Pin);}/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */}/* USER CODE END 3 */
}

2. key.c

/* USER CODE BEGIN 2 */#include "key.h"
#include "usart.h"void Key0_Down_Task(void)
{printf("进入睡眠模式\r\n");/* 暂停sysTick的计时，因为这个是CubeMX配置的工程，默认是开启了sysTick1的中断，所有这里需要停止计时，避免从睡眠模式唤醒 */HAL_SuspendTick();/* 进入睡眠模式，参数PWR_MAINREGULATOR_ON无实际意义，选择WFI指令进入 */HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI);/* 下一次从睡眠模式唤醒过来，会从这里开始运行，因此开启sysTick计时 */HAL_ResumeTick();printf("退出睡眠模式\r\n");}
void Key0_Up_Task(void)
{}
void Key1_Down_Task(void)
{printf("进入停止模式\r\n");/* 暂停sysTick的计时，因为这个是CubeMX配置的工程，默认是开启了sysTick1的中断，所有这里需要停止计时，避免从睡眠模式唤醒 */HAL_SuspendTick();/* 进入停止模式，开启低功耗模式，使用WFI指令进入 */HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON,PWR_SLEEPENTRY_WFI);/* 由于停止模式会关闭时钟，所有需要重新配置时钟 */SystemClock_Config();/* 开启sysTick定时器 */HAL_ResumeTick();printf("退出停止模式\r\n");}
void Key1_Up_Task(void)
{
}
void Key2_Down_Task(void)
{printf("进入待机模式\r\n");/* 使能电源时钟 */__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();/* 清除唤醒标记 */__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);/* 使能WKUP上升沿的唤醒功能 */HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);/* 进入待机模式，退出后会复位，需要从头运行程序 */HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();/* 退出待机模式后会复位，所以不会打印下面的内容 */printf("退出待机模式\r\n");}
void Key2_Up_Task(void)
{}
void WKUP_Down_Task(void)
{}
void WWKUP_Up_Task(void)
{}void Key_One_Scan(uint8_t KeyName ,void(*OnKeyOneUp)(void), void(*OnKeyOneDown)(void))
{static uint8_t Key_Val[Key_Name_Max];    //按键值的存放位置static uint8_t Key_Flag[Key_Name_Max];   //KEY0~2为0时表示按下，为1表示松开，WKUP反之Key_Val[KeyName] = Key_Val[KeyName] <<1;  //每次扫描完，将上一次扫描的结果左移保存switch(KeyName){case Key_Name_Key0:  Key_Val[KeyName] = Key_Val[KeyName] | (HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port, KEY0_Pin));    //读取Key0按键值break;case Key_Name_Key1:  Key_Val[KeyName] = Key_Val[KeyName] | (HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port, KEY1_Pin));   //读取Key1按键值break;case Key_Name_Key2:  Key_Val[KeyName] = Key_Val[KeyName] | (HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port, KEY2_Pin));   //读取Key2按键值break;
//        case Key_Name_WKUP:  Key_Val[KeyName] = Key_Val[KeyName] | (HAL_GPIO_ReadPin(WKUP_GPIO_Port, WKUP_Pin));   //读取WKUP按键值
//            break; default:break;}
//    if(KeyName == Key_Name_WKUP)     //WKUP的电路图与其他按键不同，所以需要特殊处理
//    {
//        //WKUP特殊情况
//        //当按键标志为1(松开)是，判断是否按下，WKUP按下时为0xff
//        if(Key_Val[KeyName] == 0xff && Key_Flag[KeyName] == 1)
//        {
//            (*OnKeyOneDown)();
//           Key_Flag[KeyName] = 0;
//        }
//        //当按键标志位为0（按下），判断按键是否松开,WKUP松开时为0x00
//        if(Key_Val[KeyName] == 0x00 && Key_Flag[KeyName] == 0)
//        {
//            (*OnKeyOneUp)();
//           Key_Flag[KeyName] = 1;
//        } 
//    }
//    else                               //Key0~2按键逻辑判断
//    {//Key0~2常规判断//当按键标志为1(松开)是，判断是否按下if(Key_Val[KeyName] == 0x00 && Key_Flag[KeyName] == 1){(*OnKeyOneDown)();Key_Flag[KeyName] = 0;}//当按键标志位为0（按下），判断按键是否松开if(Key_Val[KeyName] == 0xff && Key_Flag[KeyName] == 0){(*OnKeyOneUp)();Key_Flag[KeyName] = 1;}       }/* USER CODE END 2 */

3. key_up的中断回调函数

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{if(GPIO_Pin == WK_UP_Pin){/* 不需要做任何处理 */}
}

7.1 运行结果

以上就是本期的所有内容，创造不易，点个关注再走呗。