第19章 STM32F4 待机唤醒功能
第十九章 STM32F4 待机唤醒功能
1. STM32F4待机模式简介
很多单片机都有低功耗模式， STM32F4 也不例外。在系统或电源复位以后，微控制器处于运行状态。运行状态下的 HCLK 为 CPU 提供时钟，内核执行程序代码。当 CPU 不需继续运行时，可以利用多个低功耗模式来节省功耗，例如等待某个外部事件时。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。
STM32F4 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：
-
睡眠模式（CM4内核停止工作。外设仍在运行）
-
停止模式（所有的时钟都停止）
-
待机模式
在运行模式下，我们也可以通过降低系统时钟关闭 APB 和 AHB 总线上未被使用的外设的时钟来降低功耗。三种低功耗模式一览表见表
在这三种低功耗模式中，最低功耗的是待机模式，在此模式下，最低只需要 2.2uA 左右的电流。停机模式是次低功耗的，其典型的电流消耗在 350uA 左右。最后就是睡眠模式了。用户可以根据自己的需求来决定使用哪种低功耗模式。
本章，我们仅对 STM32F4 的最低功耗模式-待机模式，来做介绍。待机模式可实现 STM32F4的最低功耗。该模式是在CM4 深睡眠模式时关闭电压调节器。整个1.2V 供电区域被断电。PLL、HSI 和 HSE 振荡器也被断电。 SRAM 和寄存器内容丢失。 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 和寄存器内容都将丢失。
2. 如何进入与退出待机模式
从图可知，我们有多种方式可以退出待机模式，包括： WKUP 引脚的上升沿、 RTC 闹钟、 RTC 唤醒事件、 RTC 入侵事件、 RTC 时间戳事件、 外部复位(NRST 引脚)、 IWDG 复位等，微控制器从待机模式退出。
从待机模式唤醒后的代码执行等同于复位后的执行(采样启动模式引脚，读取复位向量等)。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、 RTC_AF1 引脚（PC13）（如果针对入侵、时间戳、 RTC闹钟输出或 RTC 时钟校准输出进行了配置）和 WK_UP（PA0）（如果使能了）等引脚外，其他所有 IO 引脚都将处于高阻态。
3. 相关寄存器介绍
3.1 电源控制寄存器（PWE_CR）
PWR_CR寄存器的位字段用于以下功能：
- 睡眠模式和待机模式：
- 控制微控制器进入睡眠或待机模式，以降低功耗。
- 外部中断控制：
- 配置外部中断在低功耗模式下的行为。
- 电源电压监控：
- 配置电压监控功能，以确保微控制器在安全的电压范围内工作。
该寄存器我们只关心 bit1 和 bit2 这两个位， 这里我们通过设置 PWR_CR 的 PDDS 位，使CPU 进入深度睡眠时进入待机模式，同时我们通过 CWUF 位，清除之前的唤醒位。
#include "stm32f4xx_hal.h"
void Enter_Low_Power_Mode(void)
{
// 使能低功耗模式
PWR->CR |= PWR_CR_LPDS;
// 配置中断以唤醒
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
// 进入低功耗模式
__WFI(); // 等待中断
}
// 外部中断服务程序
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
// 处理外部中断
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_0); // 切换LED状态
EXTI->PR |= EXTI_PR_PR0; // 清除中断标志
}
3.2 电源控制/状态寄存器（PWR_CSR）
PWR_CSR寄存器的主要功能包括：
- 监控唤醒标志：
- 该寄存器的位可以用来监控系统是否从低功耗模式唤醒。
- 电源电压监控：
- 监控电源电压是否在安全范围内，并提供相应的标志位。
- 低功耗模式状态：
- 指示微控制器是否在低功耗模式下运行。
这里，我们通过设置 PWR_CSR 的 EWUP 位，来使能 WKUP 引脚用于待机模式唤醒。我们还可以从 WUF 来检查是否发生了唤醒事件，不过本章我们并没有用到。
以下是一个简单的示例，展示如何使用PWR_CSR寄存器：
#include "stm32f4xx_hal.h"
// 进入低功耗模式的函数
void Enter_Low_Power_Mode(void)
{
// 使能低功耗模式
PWR->CR |= PWR_CR_LPDS;
// 配置中断以唤醒
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
// 进入低功耗模式
__WFI(); // 等待中断
}
// 外部中断服务程序
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
// 清除唤醒标志
Clear_Wakeup_Flag();
// 切换LED状态
HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB, GPIO_PIN_0); // 假设连接了LED
}
// 主函数
int main(void)
{
// 初始化HAL库
HAL_Init();
// 初始化系统时钟和GPIO等
SystemClock_Config();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); // 使能GPIOB时钟
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0; // 假设LED连接在GPIOB的PIN0
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
// 进入低功耗模式
Enter_Low_Power_Mode();
while (1)
{
// 主循环
}
}
4. HAL库配置待机模式基本步骤
4.1 使能PWR时钟
因为要配置 PWR 寄存器，所以必须先使能 PWR 时钟。在 HAL 库中，使能 PWR 时钟的方法是：
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); // 使能 PWR 时钟
4.2 设置WK_UP引脚作为唤醒源
使能时钟之后后再设置 PWR_CSR 的 EWUP 位，使能 WK_UP 用于将 CPU 从待机模式唤醒。在 HAL 库中，设置使能 WK_UP 用于唤醒 CPU 待机模式的函数是：
HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1); // 设置 WKUP 用于唤醒
4.3 设置 SLEEPDEEP 位，设置 PDDS 位，执行 WFI 指令，进入待机模式。
void HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(void);
4.4 编写WK_UP中断服务函数
因为我们通过 WK_UP 中断（PA0 中断）来唤醒 CPU，所以我们有必要设置一下该中断函数，同时我们也通过该函数里面进入待机模式。 关于外部中断服务函数以及中断服务回调函数的使用方法请参考外部中断实验，这里我们就不做过多讲解。
通过以上几个步骤的设置，我们就可以使用 STM32F4 的待机模式了，并且可以通过 KEY_UP来唤醒 CPU，我们最终要实现这样一个功能：通过长按（3 秒） KEY_UP 按键开机，并且通过DS0 的闪烁指示程序已经开始运行，再次长按该键，则进入待机模式， DS0 关闭，程序停止运行。类似于手机的开关机。
