【STM32】PWR电源控制

总结写在前面

STM32的电源控制（PWR）模块是微控制器能效管理的关键组件，它通过多种机制来优化能源使用，特别是在对电池寿命敏感的应用中。以下是PWR模块核心功能和低功耗模式的总结：

PWR模块核心功能：

1. 可编程电压监测器（PVD）：允许用户设置电压阈值，监测VDD电源电压。一旦电压超出设定范围，PVD可通过中断通知处理器，便于采取预防措施，如数据保存或安全关机，以保护系统免受电压波动损害。

2. 电源管理：支持不同级别的低功耗模式，包括睡眠、停机和待机模式，每种模式通过不同程度地关闭系统组件来减少能耗。

低功耗模式概览：

• 睡眠模式：CPU暂停工作，但外设和SRAM保持上电，可由中断快速唤醒。
• 停机模式：进一步降低功耗，停止所有时钟并禁用PLL、HSI和HSE，但SRAM和寄存器内容保留，仅通过外部中断唤醒。
• 待机模式：达到最低功耗水平，几乎整个1.8V供电域断电，仅备份寄存器和待机电路保持供电，唤醒需要特定事件（如WKUP引脚、RTC闹钟或外部复位）且程序从初始位置重启。

配置与唤醒机制：

• 进入低功耗模式：通过执行WFI（等待中断）或WFE（等待事件）指令。
• 唤醒条件：根据模式不同，可通过中断（NVIC/EXTI）、事件（如RTC闹钟）或硬件引脚（如WKUP）唤醒。

其他考虑因素：

• 电源电压范围与复位：确保系统在电压降至危险水平前采取行动，通过PVD设置预警线，并在1.9V以下触发复位保护。
• 频率调整：降低CPU主频也是降低整体系统功耗的有效策略。
• VDDA与VBAT：模拟电源（VDDA）保证模拟外设的稳定供电，后备电池（VBAT）在主电源断开时为RTC和备份寄存器供电，确保关键数据不丢失。

综上所述，STM32的PWR模块及其低功耗模式设计旨在满足电池驱动设备的严格能耗要求，通过灵活的电源管理和多种唤醒机制，平衡了能效与响应速度的需求，适用于各类物联网、可穿戴设备、远程监控等应用场景。

目录

PWR

简介

电源框图

上电复位和掉电复位

可编程电压检测器

低功耗模式

模式选择

睡眠模式

停止模式

待机模式

PWR

简介

• PWR（Power Control）电源控制
• 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
• 可编程电压监测器（PVD）可以监控VDD电源电压，当VDD下降到PVD阀值以下或上升到PVD阀值之上时，PVD会触发中断，用于执行紧急关闭任务
• 低功耗模式包括睡眠模式（Sleep）、停机模式（Stop）和待机模式（Standby），可在系统空闲时，降低STM32的功耗，延长设备使用时间

尤其是像用电池供电的设备，对空闲时候的供电量是有极大要求的，比如数据采集设备、车钥匙、遥控器、报警器等

在这些设备的生命周期里，大多时间都是空闲的状态~都需要低功耗

电源框图

最上面是VDDA - 模拟供电

中间是 数字供电 - VDD供电区域，1.8V供电区域

下面是后备电源供电VBAT

上电复位和掉电复位

查看手册

可编程电压检测器

PVD输出在阈值高的时候，输出是低电平。我们可以通过检测这个PVD输出的下降沿和上升沿中断，进行处理~

这个PVD中断申请是外部中断

配置PLS寄存器的三个位，可以选择下列这么多阈值

电源电压在3.3V附近是正常工作的电压，在2.9V~2.2V之间，属于PVD检测的范围，可以通过PVD设置一个警告线，再降低到1.9V就是复位电路的检测范围，低于1.9V直接复位了

低功耗模式

低功耗模式有三中国，睡眠模式 - 停机模式 - 待机模式

从表里看，这三种低功耗模式，从上到下，关闭的电路越来越多，越来越省电，也越来越难唤醒的

睡得越深~关的越多~越省电~越难叫醒

睡眠模式，设置WFI或者WFE进入睡眠模式，WFI是用中断唤醒，WFE是用事件唤醒

停机模式，设置PDDS=0进入停机模式，只有外部中断才能唤醒停机模式

待机模式，设置PDDS=1进入待机模式，具体唤醒看上图~，文字表述不如图片直接

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

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

停止模式

• 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

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

降低主频也能降低功耗，降低耗电电流

电池备份区域

使用电池或其他电源连接到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。 VBAT脚为RTC、LSE振荡器和PC13至PC15端口供电，可以保证当主电源被切断时RTC能继续 工作。切换到VBAT供电的开关，由复位模块中的掉电复位功能控制。

警告：在VDD上升阶段(tRSTTEMPO)或者探测到PDR(掉电复位)之后，VBAT和VDD之间的电源开关仍会保持 连接在VBAT。 在VDD上升阶段，如果VDD在小于tRSTTEMPO的时间内达到稳定状态(关于tRSTTEMPO数值可参考数据 手册中的相关部分)，且VDD > VBAT + 0.6V时，电流可能通过VDD和VBAT之间的内部二极管注入到 VBAT。 如果与VBAT连接的电源或者电池不能承受这样的注入电流，强烈建议在外部VBAT和电源之间连 接一个低压降二极管

如果在应用中没有外部电池，建议VBAT在外部连接到VDD并连接一个100nF的陶瓷滤波电容，更 多细节请参阅AN2586。

当备份区域由VDD(内部模拟开关连到VDD)供电时，下述功能可用：

• PC14和PC15可以用于GPIO或LSE引脚
• PC13可以作为通用I/O口、TAMPER引脚、RTC校准时钟、RTC闹钟或秒输出(参见第5 38/754 章：备份寄存器(BKP))

注： 因为模拟开关只能通过少量的电流(3mA)，在输出模式下使用PC13至PC15的I/O口功能是有限 制的：速度必须限制在2MHz以下，最大负载为30pF，而且这些I/O口绝对不能当作电流源(如驱 动LED)。

当后备区域由VBAT供电时(VDD消失后模拟开关连到VBAT)，可以使用下述功能：

• PC14和PC15只能用于LSE引脚
• PC13可以作为TAMPER引脚、RTC闹钟或秒输出(参见第5.4.2节：RTC时钟校准寄存器 (BKP_RTCCR))

手册这里特意强调了PC13~PC15端口绝对不能驱动LED，但是最小系统板有两个LED，一个就是PC13，另一个是电源指示灯，就……