Power cfg①

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Power cfg

Power cfg

一、电源监控器
STM32芯片主要通过引脚VDD从外部获取电源，在它的内部具有电源监控器用于检测VDD的电压，以实现复位功能及掉电紧急处理功能。
（1）上电复位和掉电复位（POR&PDR）
当检测到VDD的电压低于阈值VPOR及VPDR时，无需外部电路辅助，STM32芯片会自动保持在复位状态，防止因电压不足强行工作而带来严重的后果。见图 POR与PDR ，在刚开始电压低于VPOR时(约1.72V)，STM32保持在上电复位状态(POR，Power On Reset)，当VDD电压持续上升至大于VPOR时，芯片开始正常运行，而在芯片正常运行的时候，当检测到VDD电压下降至低于VPDR阈值(约1.68V)，会进入掉电复位状态(PDR，Power Down Reset)。

（2）欠压复位(BOR)
POR与PDR的复位电压阈值是固定的，如果用户想要自行设定复位阈值，可以使用STM32的BOR功能(Brownout Reset)。它可以编程控制电压检测工作在表 BOR欠压阈值等级中的阈值级别，通过修改“选项字节”(某些特殊寄存器)中的BOR_LEV位即可控制阈值级别。其复位控制示意图见图 BOR复位控制。

（3）可编程电压检测器
上述POR、PDR以及BOR功能都是使用其电压阈值与外部供电电压VDD比较，当低于工作阈值时，会直接进入复位状态，这可防止电压不足导致的误操作。除此之外，STM32还提供了可编程电压检测器PVD，它也是实时检测VDD的电压，当检测到电压低于VPVD阈值时，会向内核产生一个PVD中断(EXTI16线中断)以使内核在复位前进行紧急处理。该电压阈值可通过电源控制寄存器PWR_CSR设置。
PVD配置8个等级：

上升沿和下降沿分别表示类似图 BOR复位控制中VDD电压上升过程及下降过程的阈值。
二、Stm32的电源系统

STM32的电源系统主要分为备份域电路、内核电路以及ADC电路三部分，介绍如下：
（1）备份域电路
STM32的LSE振荡器、RTC、备份寄存器及备份SRAM这些器件被包含进备份域电路中，这部分的电路可以通过STM32的VBAT引脚获取供电电源，在实际应用中一般会使用3V的钮扣电池对该引脚供电。
在图中备份域电路的左侧有一个电源开关结构，它的功能类似图双二极管结构中的双二极管，在它的上方连接了VBAT电源，下方连接了VDD主电源(一般为3.3V)，右侧引出到备份域电路中。当VDD主电源存在时，由于VDD电压较高，备份域电路通过VDD供电，当VDD掉电时，备份域电路由钮扣电池通过VBAT供电，保证电路能持续运行，从而可利用它保留关键数据。

（2）调压器供电电路
在STM32的电源系统中调压器供电的电路是最主要的部分，调压器为备份域及待机电路以外的所有数字电路供电，其中包括内核、数字外设以及RAM，调压器的输出电压约为1.2V，因而使用调压器供电的这些电路区域被称为1.2V域。
调压器可以运行在“运行模式”、“停止模式”以及“待机模式”。在运行模式下，1.2V域全功率运行；在停止模式下1.2V域运行在低功耗状态， 1.2V区域的所有时钟都被关闭，相应的外设都停止了工作，但它会保留内核寄存器以及SRAM的内容；在待机模式下，整个1.2V域都断电，该区域的内核寄存器及SRAM内容都会丢失(备份区域的寄存器及SRAM不受影响)。
（3）ADC电源及参考电压
为了提高转换精度，STM32的ADC配有独立的电源接口，方便进行单独的滤波。ADC的工作电源使用VDDA引脚输入，使用VSSA作为独立的地连接，VREF引脚则为ADC提供测量使用的参考电压。

功耗模式如下：

这三种低功耗模式层层递进，运行的时钟或芯片功能越来越少，因而功耗越来越低。
（1）睡眠模式
在睡眠模式中，仅关闭了内核时钟，内核停止运行，但其片上外设，CM4核心的外设全都还照常运行。有两种方式进入睡眠模式，它的进入方式决定了从睡眠唤醒的方式，分别是WFI(wait for interrupt)和WFE(wait forevent)，即由等待“中断”唤醒和由“事件”唤醒。

（2）停止模式
在停止模式中，进一步关闭了其它所有的时钟，于是所有的外设都停止了工作，但由于其1.2V区域的部分电源没有关闭，还保留了内核的寄存器、内存的信息，所以从停止模式唤醒，并重新开启时钟后，还可以从上次停止处继续执行代码。停止模式可以由任意一个外部中断(EXTI)唤醒。在停止模式中可以选择电压调节器为开模式或低功耗模式，可选择内部FLASH工作在正常模式或掉电模式。

（3）待机模式
待机模式，它除了关闭所有的时钟，还把1.2V区域的电源也完全关闭了，也就是说，从待机模式唤醒后，由于没有之前代码的运行记录，只能对芯片复位，重新检测boot条件，从头开始执行程序。它有四种唤醒方式，分别是WKUP(PA0)引脚的上升沿，RTC闹钟事件，NRST引脚的复位和IWDG(独立看门狗)复位。

在以的睡眠模式、停止模式及待机模式中，若备份域电源正常供电，备份域内的RTC都可以正常运行、备份域内的寄存器及备份域内的SRAM数据会被保存，不受功耗模式影响。

进入各种低功耗模式时都需要调用WFI或WFE命令，它们实质上都是内核指令，在库文件core_cmInstr.h中把这些指令封装成了函数，具体如下：
电源管理-1 WFI与WFE的指令定义(core_cmInstr.h文件)

/** \brief  Wait For Interrupt

    Wait For Interrupt is a hint instruction that suspends execution
    until one of a number of events occurs.
*/
#define __WFI                             __wfi


/** \brief  Wait For Event

Wait For Event is a hint instruction that permits the processor to enter
    a low-power state until one of a number of events occurs.
*/
#define __WFE                             __wfe

对于这两个指令，我们应用时一般只需要知道，调用它们都能进入低功耗模式，需要使用函数的格式“__WFI();”和“__WFE();”来调用(因为__wfi及__wfe是编译器内置的函数，
函数内部使用调用了相应的汇编指令)。其中WFI指令决定了它需要用中断唤醒，而WFE则决定了它可用事件来唤醒，关于它们更详细的区别可查阅《cortex-CM3/CM4权威指南》了解。

直接调用WFI和WFE指令可以进入睡眠模式，而进入停止模式则还需要在调用指令前设置一些寄存器位， STM32标准库把这部分的操作封装到PWR_EnterSTOPMode函数中，具体如下

/**
* @brief 进入停止模式
*
* @note   在停止模式下所有I/O的会保持在停止前的状态
* @note   从停止模式唤醒后，会使用HSI作为时钟源
* @note   调压器若工作在低功耗模式，可减少功耗，但唤醒时会增加延迟
* @param  PWR_Regulator: 设置停止模式时调压器的工作模式
*            @arg PWR_MainRegulator_ON: 调压器正常运行
*            @arg PWR_LowPowerRegulator_ON: 调压器低功耗运行
* @param  PWR_STOPEntry: 设置使用WFI还是WFE进入停止模式
*            @arg PWR_STOPEntry_WFI: WFI进入停止模式
*            @arg PWR_STOPEntry_WFE: WFE进入停止模式
* @retval None
*/
void PWR_EnterSTOPMode(uint32_t PWR_Regulator, uint8_t PWR_STOPEntry)
{
    uint32_t tmpreg = 0;

    /* 设置调压器的模式 ------------*/
    tmpreg = PWR->CR;
    /* 清除 PDDS 及 LPDS 位 */
    tmpreg &= CR_DS_MASK;

    /* 根据PWR_Regulator 的值(调压器工作模式)配置LPDS,MRLVDS及LPLVDS位 */
    tmpreg |= PWR_Regulator;

    /* 写入参数值到寄存器 */
    PWR->CR = tmpreg;

    /* 设置内核寄存器的SLEEPDEEP位 */
    SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;

    /* 设置进入停止模式的方式-----------------*/
    if (PWR_STOPEntry == PWR_STOPEntry_WFI) {
        /* 需要中断唤醒*/
        __WFI();
    } else {
        /* 需要事件唤醒 */
        __WFE();
    }
    /* 以下的程序是当重新唤醒时才执行的，清除SLEEPDEEP位的状态*/
    SCB->SCR &= (uint32_t)~((uint32_t)SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk);
}

这个函数有两个输入参数，分别用于控制调压器的模式及选择使用WFI或WFE停止，代码中先是根据调压器的模式配置PWR_CR寄存器，再把内核寄存器的SLEEPDEEP位置1，这样再调用WFI或WFE命令时，STM32就不是睡眠，而是进入停止模式了。函数结尾处的语句用于复位SLEEPDEEP位的状态，由于它是在WFI及WFE指令之后的，所以这部分代码是在STM32被唤醒的时候才会执行。

要注意的是进入停止模式后，STM32的所有I/O都保持在停止前的状态，而当它被唤醒时，STM32使用HSI作为系统时钟(16MHz)运行，
由于系统时钟会影响很多外设的工作状态，所以一般我们在唤醒后会重新开启HSE，把系统时钟设置会原来的状态。

前面提到在停止模式中还可以控制内部FLASH的供电，控制FLASH是进入掉电状态还是正常供电状态，这可以使用库函数PWR_FlashPowerDownCmd配置，它其实只是封装了一个对FPDS寄存器位操作的语句，见下方代码，这个函数需要在进入停止模式前被调用，即应用时需要把它放在上面的PWR_EnterSTOPMode之前。

/**
* @brief  设置内部FLASH在停止模式时是否工作在掉电状态
*         掉电状态可使功耗更低，但唤醒时会增加延迟
* @param  NewState:
            ENABLE:FLASH掉电
            DISABLE:FLASH正常运行
* @retval None
*/
void PWR_FlashPowerDownCmd(FunctionalState NewState)
{
    /*配置FPDS寄存器位*/
    *(__IO uint32_t *) CR_FPDS_BB = (uint32_t)NewState;
}