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嵌入式芯片中的 低功耗模式 内容细讲

news 来源：原创 2025/8/14 9:13:49

电源域与运行级别概述

电源域（Power Domain）

核心域（Core Domain）：包括 CPU 核心和关键架构模块（如 NVIC、CPU 内核寄存器）。

外设域（Peripheral Domain）：各类外设时钟和寄存器。

SRAM/Flash 域：程序存储与数据存储，部分模式下可保留或断电。

供应电压调节器（Regulator）：主 LDO 或 BUCK，用于内核和外设不同电压需求。

运行级别（Run Level）

Run：所有时钟开启，最高性能，最高功耗。

Low‑Power Run（部分系列支持）：降低核心电压或限制最大时钟以节省功耗。

Sleep：关闭 CPU 时钟，仅保留总线与外设时钟。

Stop：关闭主振荡器和部分总线时钟，保留低速时钟或 LSE/LSE，核心停止，SRAM 保持。

Standby：关闭大部分电源域，仅保留极少唤醒源，SRAM 和寄存器一般不保留。

Shutdown（部分高端系列）：几乎全域断电，仅保留最少唤醒逻辑。

电源控制（PWR）简介

电源系统： V DDA 供电区域、 V DD 供电区域、 1.8V 供电区域、后备供电区域。
电源监控： POR/PDR 监控器、 PVD 监控器。
电源管理：低功耗模式。

① VDDA 供电区域（ADC/模拟供电）

特点：

VDDA/VSSA 是模拟电源/地，为 ADC、DAC、比较器等模拟模块供电。

VREF+ 为 ADC 提供参考电压（通常连接 VDDA 或外部高精度参考）。

必须和 VDD 同时供电，否则 ADC/DAC 模块可能无法正常工作。

② VDD / 1.8V 数字供电区域（调节器核心）

构成与功能：

VDD/VSS：主供电，给 GPIO、外设 I/O、内部调节器供电。

调节器 LDO / SMPS 输出约 1.8V，供内核、RAM、数字外设。

STM32 内部大多数电路工作在 1.8V 电压域，外部用 VDD（通常是 3.3V）做接口。

调节器模式：

模式功能说明场景
主模式（Run）提供稳定的 1.8V 输出MCU 正常运行时
低功耗模式（Stop）降低调节器驱动能力、减小电流MCU 睡眠/停止模式
关闭（Standby）停止供电，仅备份域保留MCU 进入待机模式，最省电状态

③ VBAT 后备域（RTC 备份供电）

功能：

在 主电源（VDD）掉电时，VBAT 为 RTC、备份寄存器、LSE 晶振等继续供电。

支持连接电池或超级电容，维持系统时间与部分状态数据不丢失。

使用建议：

RTC 需搭配 LSE 低速晶振 或 LSI 低速 RC。

VBAT 区域可存储：

RTC 时间

RTC 闹钟

BKP 寄存器（备份寄存器）

部分支持 TAMP（篡改检测器）

不需要 RTC 的应用，可将 VBAT 直接接 VDD，也可悬空（节省硬件资源）。

电源监控
缩写全称功能说明
PORPower-On Reset当 上电时 VDD 未达到安全电压阈值（VPOR），芯片保持复位
PDRPower-Down Reset当 运行中 VDD 掉到低于阈值（VPDR），芯片会重新复位
上电时，当 V DD 低于指定 V POR 阈值时，系统无需外部复位电路便会保持复位模式。一旦
V DD 电源电压高于 V POR 阈值，系统便会退出复位状态，芯片正常工作。掉电时，当 V DD 低于指定 V PDR 阈值时，系统就会保持复位模式。如图 28.1.2.1 所示， RESET 为上电复位信号。
注意：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。
可编程电压检测器(PVD) Programmable Voltage Detector

可由软件配置一个阈值（2.0V～3.6V），当 VDD 低于该阈值时触发中断或事件。
属于预警机制，不会自动复位 MCU，而是交由软件做处理。

比如：

在电压下降趋势时，提前保存数据、停止敏感外设。
搭配 Flash 写保护，防止写入不稳定区域。
可与低功耗模式配合，当 VDD 恢复后唤醒。

它可以实时监视 V DD 的电压，方法是将 V DD 与 PWR，控制寄存器（PWR_CR）中的 PLS[2:0]位所选的 VPVD 阈值进行比较。其中 PWR_CSR 寄存器中的 PVDO 位决定了 VDD 是高于 VPVD 还是低于 VPVD，本实验中配置的是 VDD 低于 VPVD 阈值这个条件。当检测到电压低于 VPVD 阈值时，如果使能 EXTI16 线中断，即使能 PVD 中断，可以产生 PVD 中断，具体取决于 EXTI16 线配置为检测上升还是下降沿，然后在复位前，在中断服务程序中执行紧急关闭系统等任务。PVD 阀值检测波形。

内部会将 VDD 与通过 PWR_CR 中 PLS[2:0] 选择的一个可编程电压阈值进行比较。

比较结果会反馈到 PWR_CSR 中的 PVDO 标志位：

PVDO=1：表示 VDD < VPVD（电压太低）

PVDO=0：表示 VDD ≥ VPVD

如果你启用了 EXTI16中断线 并配置为上升/下降沿触发，就能在电压跨越阈值时产生中断。

HAL_PWR_EnablePVD(); // 启用PVD
//设置阈值和中断模式
PWR_PVDTypeDef sConfigPVD;
sConfigPVD.PVDLevel = PWR_PVDLEVEL_4; // 阈值约为2.5V（不同MCU有差异）
sConfigPVD.Mode = PWR_PVD_MODE_IT_RISING_FALLING;
HAL_PWR_ConfigPVD(&sConfigPVD);

//启用中断：
HAL_NVIC_SetPriority(PVD_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(PVD_IRQn);

//编写中断回调函数：
void HAL_PWR_PVDCallback(void)
{// 电压低了！赶紧保存数据或关外设
}
PVD 阀值有 8 个等级，有上升沿和下降沿的区别，具体由 PWR_CSR 寄存器中的 PVDO 位
决定。
其次就是电源管理的部分我们要关注低功耗模式，在 STM32 的正常工作中，具有四种工作模式，运行、睡眠、停止以及待机。在上电复位后，STM32 处于运行状态时，当内核不需要继续运行，
就可以选择进入后面的三种模式降低功耗。这三种低功耗模式电源消耗不同、唤醒时间不同和
唤醒源不同，我们要根据自身的需要选择合适的低功耗模式。
模式功耗保留内容唤醒时间唤醒源
运行模式高全部无需不需要
睡眠模式较低所有 SRAM 和外设快速所有中断（外设中断）
停止模式更低SRAM、寄存器较慢RTC、外部中断、唤醒引脚
待机模式极低（uA）只保留后备域/RTC最慢唤醒引脚、RTC 唤醒、中断（有限）

1. 运行模式（Run Mode）

正常工作状态，CPU、外设、时钟等全开。

功耗最大，但响应速度最快。

上电复位后默认进入此模式。

2. 睡眠模式（Sleep Mode）

特点：CPU 停止工作，外设继续运行。

功耗优化点：

时钟系统基本保持不变。

所有外设继续运行（如 UART、ADC 等）。

SRAM 和寄存器内容全部保留。

进入方式（两种）：

模式条件行为
立即睡眠SLEEPDEEP = 0 + 执行 WFI/WFE立即睡眠，等待中断/事件唤醒
退出时睡眠SLEEPONEXIT = 1 + 中断服务中执行 WFI中断返回立即睡眠
SCB->SCR &= ~SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;    // 确保不是 deep sleep
__WFI();                               // 执行睡眠

3. 停止模式（Stop Mode）

特点：内核和大部分外设停止，只保留 SRAM、寄存器和 RTC。

功耗优化点：

所有主频时钟停止（HSE/HSI/LSE/LSI）。

电压调节器切换为低功耗模式。

SRAM 数据仍保留。

唤醒时间比睡眠略慢，但功耗显著降低。

唤醒源：

EXTI 外部中断（如 GPIO）、RTC、USART（带唤醒功能）

SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk：启用深度睡眠。

PWR->CR：

PDDS = 0：进入停止模式（不是待机）

LPDS = 1：低功耗调压器模式

CWUF = 1：清除 Wakeup Flag

PWR->CR &= ~PWR_CR_PDDS;   // 设置为停止模式
PWR->CR |= PWR_CR_CWUF;    // 清除 Wakeup 标志
PWR->CR |= PWR_CR_LPDS;    // 可选：启用低功耗调压器
SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;
__WFI();  // 或 __WFE();

4. 待机模式（Standby Mode）

特点：最低功耗，只保留后备域与 RTC，几乎断电状态。

功耗优化点：

SRAM/寄存器内容全部丢失。

唤醒后会重新复位（类似上电启动）。

通常由 VBAT 保持 RTC 运行。

唤醒源：

唤醒引脚（WKUP）、RTC 闹钟、外部中断。

SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk

PWR->CR |= PWR_CR_PDDS

PWR->CR |= PWR_CR_CWUF

PWR->CR |= PWR_CR_CWUF;     // 清除 Wakeup 标志
PWR->CR |= PWR_CR_PDDS;     // 设置进入待机模式
SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;
__WFI(); // 或 __WFE();

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编程日记 2025/7/31 17:22:25

学习笔记十七——Rust 支持面向对象编程吗？

&#x1f9e0; Rust 支持面向对象编程吗&#xff1f; Rust 是一门多范式语言&#xff0c;主要以 安全、并发、函数式、系统级编程为核心目标&#xff0c;但它同时也支持面向对象的一些关键特性&#xff0c;比如&#xff1a; 特性传统 OOP&#xff08;如 Java/C&#xff09;Ru…...

编程日记 2025/8/9 7:41:45

图灵奖得主LeCun：DeepSeek开源在产品层是一种竞争，但在基础方法层更像是一种合作；新一代AI将情感化

图片来源&#xff1a;This is World 来源 | Z Potential Z Highlights&#xff1a; 新型的AI系统是以深度学习为基础&#xff0c;能够理解物理世界并且拥有记忆、推理和规划能力的。一旦成功构建这样的系统&#xff0c;它们可能会有类似情感的反应&#xff0c;但这些情感是基…...

编程日记 2025/8/8 16:53:02

Flink框架十大应用场景

Flink框架适合应用的场景 1. 流式数据处理 Flink框架最常用的应用场景是流式数据处理。流式数据处理是指对实时数据进行处理，以便及时地做出决策。例如，一个电商网站需要对用户的行为进行实时分析，以便根据用户的兴趣和行为推荐商品。Flink框架可以帮助电商网站实时地处理数…...

编程日记 2025/8/12 14:48:06

C++镌刻数据密码的树之铭文：二叉搜索树

文章目录 1.二叉搜索树的概念2.二叉搜索树的实现2.1 二叉搜索树的结构2.2 二叉搜索树的节点寻找2.2.1 非递归2.2.2 递归 2.3 二叉搜索树的插入2.3.1 非递归2.3.2 递归 2.4 二叉搜索树的删除2.4.1 非递归2.4.2 递归 2.5 二叉搜索树的拷贝 3.二叉树的应用希望读者们多多三连支持小…...

编程日记 2025/8/12 20:18:51

CAN与CANFD协议说明

在 CAN&#xff08;Controller Area Network&#xff0c;控制器局域网&#xff09;协议里&#xff0c;仲裁域波特率和数据域比特率有着不同的含义和作用&#xff0c;下面为你详细介绍并举例说明。 概念解释 仲裁域波特率 含义&#xff1a;仲裁域是 CAN 数据帧中的一部分&…...

编程日记 2025/8/14 6:46:14

【C++ Qt】信号和槽（内配思维导图 图文并茂 通俗易懂）

每日激励&#xff1a;“不设限和自我肯定的心态&#xff1a;I can do all things。 — Stephen Curry” 绪论​&#xff1a; 本章是Qt中的第三章&#xff0c;也是我们理解Qt中必备的点 信号槽&#xff0c;它本质由信号和槽两个来实现&#xff0c;其中将细致的讲述如何自定义信号…...

编程日记 2025/8/9 8:54:41