2022年12月08日 | STM32实例-待机唤醒实验

本文我们来学习下STM32的待机唤醒功能。要实现的功能是：系统运行时 D1 指示灯闪烁，5 秒后进入待机模式，D1 指示灯熄灭，同时串口 printf输出相关提示信息，可通过 K_UP 按键实现唤醒。学习本内容可以参考《STM32F10x中文参考手册》-4 电源控制器（PWR）章节。

STM32 低功耗模式介绍

很多单片机具有低功耗模式，比如 MSP430、STM8L等。我们的STM32也不例外。默认情况下，系统复位或上电复位后，微控制器进入运行模式。在运行模式下，HCLK 为 CPU 提供时钟，并执行程序代码。当 CPU 不需继续运行（例如等待外部事件）时，可以利用多种低功耗模式来节省功耗。用户需要根据最低电源消耗、最快速启动时间和可用的唤醒源等条件，选定一个最佳的低功耗模式。

当然在运行模式下，也可以通过如下方式降低功耗：

（1）降低系统时钟速度

（2）不使用 APBx 和 AHB 外设时，将对应的外设时钟关闭

STM32 提供了 3 种低功耗模式，以达到不同层次的降低功耗的目的，这三

种模式如下：

（1）睡眠模式（ CM3 内核停止工作，外设仍在运行）

（2）停止模式（所有时钟都停止）

（3）待机模式（ 1.8 V 内核电源关闭）

这三种模式所需的功耗是逐级递减，也就是说待机模式功耗是最低的。三种低功耗模式汇总表如下图所示：

我们仅对 STM32 的待机模式进行介绍，其他 2 种模式可以参考《STM32F10x 中文参考手册》-4电源控制器（PWR）章节，里面有详细的介绍。

（1）待机模式

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， CM3 核心的外设全都照常运行。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 1.8V 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。在待机模式中， 它除了关闭所有的时钟， 还把 1.8V 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。

那么我们如何进入待机模式呢？其实很简单，只要按下图所示待机模式进入与退出步骤的步骤执行就可以了。

上图还列出了退出待机模式的操作，当检测到外部复位（NRST 引脚）、

IWDG 复位、 WKUP 引脚上升沿、 RTC 闹钟事件的上升沿时，微控制器退出待机模式。本文我们是通过 WKUP 引脚（PA0）上升沿来退出待机模式，当然也可以直接通过芯片复位管脚 NRST退出。

从待机模式唤醒后，除了电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)，所有的寄存器豆被复位，程序将按照复位（启动引脚采样、复位向量已获取等）后的方式重新执行。电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)将会指示内核由待机状态退出。

在进入待机模式后，除了复位引脚以及被设置为防侵入或校准输出时的

TAMPER （PC13）引脚和被使能的唤醒引脚（ WK_UP 脚（PA0）），其他的 IO 引脚都将处于高阻态。

由于篇幅限制，本文并没有对待机模式相关寄存器进行介绍，大家可以参考《STM32F10x 中文参考手册》-4 电源控制器（PWR）章节，里面有详细的讲解。如果看不懂的可以暂时放下，因为我们使用的是库函数开发。

待机模式配置步骤

接下来我们介绍下如何使用库函数进入和退出待机模式。这个也是在编写程序中必须要了解的。

具体步骤如下：（电源管理相关库函数在 stm32f10x_pwr.c和 stm32f10x_pwr.h 文件中）

（1）使能电源时钟

因为低功耗模式是通过 STM32 电源（PWR）系统进行管理的，所以需要使能电源时钟，调用的库函数为：

（2）设置 WK_UP 引脚为唤醒源

待机唤醒方式有很多种，我们选择 WK_UP 引脚（PA0）上升沿来退出待机模式。在库函数中，设置使能 WK_UP 用于唤醒 CPU 待机模式的函数是：

因为按键 K_UP 连接在PA0 管脚上，并且是高电平有效，这样一来就可以使用 K_UP按键来退出待机模式。

（3）进入待机模式

进入待机模式， 首先要设置 SLEEPDEEP 位 （ 详见 《 Cortex M3 权威指南(中文)》 ， chpt13 Cortex-M3 的其它特性--电源管理章节） ，接着我们通过 PWR_CR设置 PDDS 位，使得 CPU 进入深度睡眠时进入待机模式，最后执行 WFI 指令开始进入待机模式，并等待 WK_UP 中断的到来。整个操作可以通过一个库函数完成，如下：

通常在进入待机模式前，我们会清除唤醒标志，以等待下次进入。清除唤醒标志库函数为：

以上几步全部配置好后，我们就可以正常进入待机模式了，并且可以通过按键 K_UP或者复位按键唤醒。

特别提醒下，如果学到 RTC 实时时钟实验的时候，需要进入待机模式，如果使能了 RTC 闹钟中断的时候，进入待机模式前，必须按如下操作处理：

1.禁止 RTC 中断（ ALRAIE、 ALRBIE、 WUTIE、 TAMPIE 和 TSIE 等）。

2.清零对应中断标志位。

3.清除 PWR 唤醒(WUF)标志（通过设置 PWR_CR 的 CWUF 位实现）。

4.重新使能 RTC 对应中断。

5.进入低功耗模式。

本实验使用到硬件资源如下：

（1）D1 指示灯

（2）串口 1

（3）K_UP 按键

D1指示灯、K_UP 按键、串口 1 电路在前面章节都介绍过，这里不多说。D1指示灯用来提示系统正常运行，K_UP 按键用来唤醒待机模式，串口 1 用来输出提示信息。

所要实现的功能是：系统运行时 D1 指示灯闪烁，5 秒后进入待机模式，D1 指示灯熄灭，同时串口 printf 输出相关提示信息，通过 K_UP 按键实现唤醒。

程序框架如下：

（1）配置进入与退出待机模式

（2）编写主函数

前面介绍待机模式配置步骤时，就已经讲解如何配置。下面我们打开“待机唤醒实验”工程，在 APP 工程组中可以看到添加了wkup.c文件（里面包含了待机模式驱动程序），在 StdPeriph_Driver 工程组中添加了 stm32f10x_pwr.c 库文件。电源系统管理相关操作的库函数都放在stm32f10x_pwr.c 和 stm32f10x_pwr.h 文件中，所以使用到电源系统管理就必须加入 stm32f10x_pwr.c 文件，同时还要包含对应的头文件路径。

这里我们分析几个重要函数，其他部分程序大家可以打开工程查看。

待机模式配置函数

要让系统进入待机模式，我们必须对它进行配置。进入待机模式代码如下：

该函数首先使能电源PWR时钟，然后清除唤醒标志位，并使能 WK_UP管脚为唤醒方式，最后进入待机模式。这一过程在前面步骤介绍中已经提了。

主函数

配置待机模式后，我们就可以编写主函数，代码如下：

主函数实现的功能很简单，首先调用之前编写好的硬件初始化函数，包括

SysTick 系统时钟，中断分组，LED 初始化等。然后进入 while 循环，每间隔一秒让 printf 输出一个信息，同时指示灯状态发生变化。倒计 5 秒钟后，调用函数 Enter_Standby_Mode进入待机模式，此时指示灯熄灭。

将工程程序编译后下载到开发板内，可以看到系统运行时 D1 指示灯不断闪烁，5 秒钟后进入待机模式，此时 D1 指示灯熄灭。当按下 K_UP 按键或复位按键时，待机模式被唤醒，系统重新运行，同时串口打印提示信息。如果想在串口调试助手上看到输出信息，可以打开“串口调试助手”，首先勾选下标号 1 DTR 框，然后再取消勾选。这是因为此串口助手启动时会把系统复位住， 通过 DTR 状态切换下即可。然后设置好波特率等参数后，串口助手上即会收到 printf发送过来的信息。（串口助手上先勾选下标号1 DTR框，然后再取消勾选）如下图所示。

实验说明：下载待机唤醒实验程序后，若使用普中 ARM 仿真器下载其他的程序会出现报警，这是因为处于低功耗模式时，所有外设时钟都已关闭，所以需要在下载程序前先复位下系统。