STM32CubeMX教程25 PWR 电源管理 - 睡眠、停止和待机模式

1、准备材料

开发板（正点原子stm32f407探索者开发板V2.4）

STM32CubeMX软件（Version 6.10.0）

野火DAP仿真器

keil µVision5 IDE（MDK-Arm）

ST-LINK/V2驱动

XCOM V2.6串口助手

2、实验目标

使用STM32CubeMX软件配置STM32F407开发板的PWR电源管理，并了解STM32的睡眠、停止和待机模式

3、实验流程

3.0、前提知识

3.0.1、睡眠模式

睡眠模式可以立即进入，也可以在退出优先级最低的中断时再进入，在进入睡眠模式前可以通过HAL_PWR_EnableSleepOnExit() / HAL_PWR_DisableSleepOnExit()设置

通过调用HAL库的HAL_PWR_EnterSLEEPMode()函数可以进入睡眠模式，以WFI进入的睡眠模式任何中断均可将MCU唤醒，以WFE进入的睡眠模式任何唤醒事件均可将MCU唤醒

如下图所示为立即和退出休眠两种情况的进入/退出说明 （注释1）

睡眠模式下系统状态如下

1. CPU时钟关闭，CPU停止运行，程序暂停
2. 外设时钟正常，所有外设正常工作，I/O引脚状态与进入睡眠模式时一致
3. 调压器正常工作

任何中断或唤醒事件导致退出睡眠模式时，CPU重新运行，程序从暂停处继续运行

3.0.2、停止模式

HAL库中通过HAL_PWR_EnterSTOPMode()可以进入停止模式

由于进入停止模式所有外部中断线均需退出，可以使用EXTI->PR = 0;强制复位所有外部中断线，以保证实验可以正常进入停止模式

如下图所示为停止模式的进入/退出说明 （注释1）

停止模式下系统状态如下

1. CPU时钟关闭，CPU停止运行，程序暂停
2. 1.2V域外设时钟停止，外设停止工作
3. 调压器开启/处于低功耗模式，寄存器/SRAM内容保留
4. FLASH处于正常/掉电模式（通过HAL_PWREx_EnableFlashPowerDown()/HAL_PWREx_DisableFlashPowerDown()函数设置）
5. HSI和HSE振荡器关闭

所有配置为外部中断线EXTI上的中断/事件触发都将导致退出停止模式，退出停止模式时，系统重新启动HSI时钟，然后CPU重新运行，程序从暂停处继续运行

3.0.3、待机模式

HAL库中通过HAL_PWR_EnterSTANDBYMode()可以进入停止模式

通过HAL_PWR_EnableWakeUpPin()可以使能唤醒引脚PA0，当处于待机模式时，PA0引脚出现上升沿则从待机模式退出

如下图所示为待机模式的进入/退出说明 （注释1）

待机模式下系统状态如下

1. 所有外设停止工作，除能退出待机模式的一些引脚，其他引脚均为高阻态
2. 1.2V调压器关闭，寄存器/SRAM内容全部丢失
3. PLL、HSI和HSE振荡器均关闭
4. VBAT供电的RTC寄存器，备份域SRAM内容保留，RTC正常工作

WKUP引脚上升沿、RTC闹钟（闹钟A和闹钟B）、RTC唤醒事件、RTC入侵事件、RTC时间戳事件、NRST引脚外部复位和IWDG复位 其中任何一个事件发生时退出待机模式，CPU复位，程序从头开始运行（退出待机模式相当于复位）

另外从待机模式中唤醒后需要注意以下两件事情

1. 当MCU从待机模式中唤醒后需要使用__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU)软件手动清除唤醒标志，否则下次再次进入待机模式将直接唤醒
2. 另外可以顺便使用HAL_PWR_DisableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1)将PA0上升沿唤醒关闭，只在即将进入待机模式前开启

3.1、CubeMX相关配置

3.1.0、工程基本配置

打开STM32CubeMX软件，单击ACCESS TO MCU SELECTOR选择开发板MCU（选择你使用开发板的主控MCU型号），选中MCU型号后单击页面右上角Start Project开始工程，具体如下图所示

开始工程之后在配置主页面System Core/RCC中配置HSE/LSE晶振，在System Core/SYS中配置Debug模式，具体如下图所示

详细工程建立内容读者可以阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”

3.1.1、时钟树配置

系统时钟使用8MHz外部高速时钟HSE，HCLK、PCLK1和PCLK2均设置为STM32F407能达到的最高时钟频率，具体如下图所示

3.1.2、外设参数配置

本实验需要初始化开发板上KEY2、KEY1和KEY0用户按键做普通输入，具体配置步骤请阅读“STM32CubeMX教程3 GPIO输入 - 按键响应”

本实验需要初始化开发板上WK_UP按键为外部中断，具体配置请阅读“STM32CubeMX教程4 EXTI 按键外部中断”

本实验需要初始化TIM6外设实现500ms定时，具体配置步骤请阅读“STM32CubeMX教程5 TIM 定时器概述及基本定时器”

本实验需要初始化USART1作为输出信息渠道，具体配置步骤请阅读“STM32CubeMX教程9 USART/UART 异步通信”

3.1.3、外设中断配置

本实验无需配置

3.2、生成代码

3.2.0、配置Project Manager页面

单击进入Project Manager页面，在左边Project分栏中修改工程名称、工程目录和工具链，然后在Code Generator中勾选“Gnerate peripheral initialization as a pair of 'c/h' files per peripheral”，最后单击页面右上角GENERATE CODE生成工程，具体如下图所示

详细Project Manager配置内容读者可以阅读“STM32CubeMX教程1 工程建立”实验3.4.3小节

3.2.1、外设初始化调用流程

无

3.2.2、外设中断调用流程

本实验没有启动电源管理相关中断

3.2.3、添加其他必要代码

在主函数中添加按键控制逻辑，按下KEY2按键进入睡眠模式，按下KEY1按键进入停止模式，按下KEY0按键进入待机模式

源代码如下

/*main.c标志位定义*/
uint8_t mode_flag = 0;

/*main.h标志位声明*/
extern uint8_t mode_flag;
extern void SystemClock_Config(void);

/*main.c主函数内初始化程序*/
printf("\r\nReset\r\n");
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim6);

/*main.c主循环内控制程序*/
while(1)
{
    /*从待机模式唤醒后手动清除唤醒标志，否则下次进入待机模式将直接唤醒*/
    if(__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_WU)==SET)
    {
        __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);
    }
    /*从待机模式唤醒后失能唤醒引脚*/
    if(__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_SB)==SET)
    {
        HAL_PWR_DisableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);
        __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);
    }

    /*按键KEY2被按下*/
    if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port,KEY2_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
        HAL_Delay(50);
        if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port,KEY2_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
        {
            /*进入睡眠模式*/
            mode_flag = 3;
            printf("\r\nKEY2 Pressed，Into Sleep Mode\r\n");
            HAL_SuspendTick();
            HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON,PWR_SLEEPENTRY_WFI);
            while(!HAL_GPIO_ReadPin(KEY2_GPIO_Port,KEY2_Pin));
        }
    }
    /*按键KEY1被按下*/
    if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port,KEY1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
        HAL_Delay(50);
        if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port,KEY1_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
        {
            /*进入停止模式*/
            mode_flag = 2;
            printf("\r\nKEY1 Pressed，Into Stop Mode\r\n");
            HAL_PWREx_EnableFlashPowerDown();
            EXTI->PR = 0;
            HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON,PWR_SLEEPENTRY_WFI);
            while(!HAL_GPIO_ReadPin(KEY1_GPIO_Port,KEY1_Pin));
        }
    }
    /*按键KEY0被按下*/
    if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port,KEY0_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
        HAL_Delay(50);
        if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port,KEY0_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
        {
            /*进入待机模式*/
            mode_flag = 1;
            printf("\r\nKEY0 Pressed，Into StandBy Mode\r\n");
            HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);
            HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
            while(!HAL_GPIO_ReadPin(KEY0_GPIO_Port,KEY0_Pin));
        }
    }
    HAL_Delay(100);
    HAL_GPIO_TogglePin(GREEN_LED_GPIO_Port,GREEN_LED_Pin);
}

在gpio.c中重新实现WK_UP按键外部中断回调函数HAL_GPIO_EXTI_Callback()

源代码如下

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if(GPIO_Pin == WK_UP_Pin)
    {
        /*睡眠模式唤醒*/
        if(mode_flag == 3)
        {
            HAL_ResumeTick();
        }
        /*停止模式唤醒*/
        else if(mode_flag == 2)
        {
            HAL_Init();
            SystemClock_Config();
        }
        printf("\r\nWK_UP Pressed\r\n");
    }
}

4、常用函数

/*进入睡眠模式*/
void HAL_PWR_EnterSLEEPMode(uint32_t Regulator, uint8_t SLEEPEntry)

/*进入停止模式*/
void HAL_PWR_EnterSTOPMode(uint32_t Regulator, uint8_t STOPEntry)

/*进入待机模式*/
void HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(void)

/*挂起滴答定时器*/
void HAL_SuspendTick(void)

/*恢复滴答定时器*/
void HAL_ResumeTick(void)

/*使能停止模式时的FLASH掉电模式*/
void HAL_PWREx_EnableFlashPowerDown(void)

/*停止模式时的FLASH处于正常模式*/
void HAL_PWREx_DisableFlashPowerDown(void)

/*使能待机唤醒引脚*/
void HAL_PWR_EnableWakeUpPin(uint32_t WakeUpPinx)

/*立即进入睡眠模式*/
void HAL_PWR_EnableSleepOnExit(void)

/*退出后进入睡眠模式*/
void HAL_PWR_DisableSleepOnExit(void)

5、烧录验证

烧录程序，开发板上电后，由外设TIM控制的红色LED每隔500ms状态翻转一次，由程序控制的绿色LED大约每隔100ms状态翻转一次

当按下KEY2按键时单片机会进入睡眠模式，此时程序暂停运行，所有外设正常运行，因此绿色LED保持进入睡眠模式的状态不再改变，但是红色LED仍然正常每隔500ms状态翻转一次，在睡眠模式时如果按下WK_UP按键，单片机会被唤醒，程序从停止处正常运行

当按下KEY1按键时单片机会进入停止模式，此时程序暂停运行，所有外设也停止工作，调压器处于开启/低功耗状态，因此绿色LED和红色LED的状态均保持进入停止模式时的状态不再改变，在停止模式时如果按下WK_UP按键，单片机会被唤醒，程序从停止处正常运行 （注释2）

当按下KEY0按键时单片机会进入待机模式，此时程序暂停运行，所有外设也停止工作，调压器也关闭，因此绿色LED和红色LED均会熄灭，在待机模式下如果按下WK_UP按键，单片机会退出待机模式，但单片机会复位，程序会重新开始运行

如下图所示为上述整个过程串口输出的信息和开发板绿色/红色LED状态

6、注释详解

注释1：图片来源于STM32F4xx 中文参考手册 RM009

注释2：根据手册我们知道进入停止模式时内核暂停，程序此时不应该继续执行，外设也都停止，正常情况下我们设置的红色LED和绿色LED灯都将保持进入停止模式时的状态不改变；但是笔者遇到一个奇怪的现象，不知道是个例还是程序存在BUG（大概率程序BUG），当使用DAP/STLINK烧录到开发板程序后，按下KEY1按键进入停止模式后会被自动唤醒一次，本应该不闪烁的LED灯，则因为意外唤醒而再次闪烁，只不过由于从停止模式唤醒后使用的是内部高速时钟HSI，因此闪烁会较慢，而当烧录到开发板程序后将开发板断电一次，上电后重新按下KEY1按键进入停止模式则一切正常

参考资料

STM32Cube高效开发教程（基础篇）