第14章 PWR介绍及应用

第十四章 PWR介绍及应用

1. 电源管理（PWR）简介

电源控制部分（PWR）概述了不同电源域的电源架构以及电源配置控制器。 PWR 的内容比较多，我们把它们的主要特性概括为以下 3 点：

电源系统： USB 稳压器、内核域(VCORE)、 VDD 域、备份域、模拟域（VDDA）。

电源监控： POR/PDR 监控器、 BOR 监控器、 PVD 监控器、 AVD 监控器、 VBAT 阈值、温度阈值。

电源管理： VBAT 电池充电、工作模式、电压调节控制、低功耗模式。

1.1 电源系统

为了方便对电源系统进行管理，设计者把 STM32 的内核和外设等器件根据功能划分了不同的电源区域

屏幕截图 20250805 093744png

在电源概述框图中我们划分了 3 个区域①②③，分别是独立的 A/D 转换器供电和参考电压、电压调节器、电池备份区域。下面分别进行简单介绍：

① 电池备份区域（后备供电区域）

电池备份区域也就是后备供电区域，使用电池或者其他电源连接到 VBAT脚上，当 VDD断电时，可以保存备份寄存器的内容和维持 RTC 的功能。同时 VBAT 引脚也为 RTC、 SRAM 和 LSE振荡器供电，这保证了当主要电源被切断时， RTC 能够继续工作。切换到 VBAT供电由复位模块中的掉电复位功能控制。

② 电压调节器（VDD /1.2V 供电区域）

嵌入式线性调压器为备份域和待机电路以外的所有数字电路供电。调压器输出电压约为1.2 V。此调压器需要将两个外部电容连接到专用引脚 VCAP_1 和 VCAP_2，所有封装都配有这两个引脚。为激活或停用调压器，必须将特定引脚连接到 VSS 或 VDD。具体引脚与封装有关。通过软件激活时，调压器在复位后始终处于使能状态。

根据应用模式的不同，可采用三种不同的模式工作。在运转模式下，调节器以正常工号模式为内核、内存和外设提供 1.2V；在停止模式下，调节器以低功耗模式提供 1.2V 电源，以保存寄存器和 SRAM 的内容。在待机模式下，调节器停止供电，除了备用电路和备份域外，寄存器和 SRAM 的内容全部丢失。

③ 独立的 A/D 转换器供电和参考电压（VDDA 供电区域）

为了提高转换精度， ADC 配有独立电源，可以单独滤波并屏蔽 PCB 上的噪声。 ADC 电源电压从单独的 VDDA 引脚接入， VSSA 提供了独立的电源接地连接。为了确保测量低电压时具有更高的精度，用户可以再 VREF 上连接到单独的 ADC 外部参考电压输入， VREF 电压介于1.8V 到 VDDA 之间。

1.2 电源管理

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。

特性	睡眠模式（Sleep）	停机模式（Stop）	待机模式（Standby）
内核状态	停止	停止	停止（完全关闭）
RAM 保持	是	是	否（除非备份域供电）
寄存器保持	是	是	否
功耗	中等	低（μA级）	极低（nA级）
唤醒时间	极快（几周期）	快（μs级）	慢（需系统重启）
唤醒后运行状态	继续执行	继续执行	重新启动（复位）
唤醒源	任意中断/事件	EXTI、RTC、WKUP等	WKUP引脚、RTC闹钟、复位

2. PWR基础使用示例

2.1 PVD电压监控

开发板供电正常的话， LCD 屏会显示"PVD Voltage OK!"。当供电电压过低，则会通过 PVD中断服务函数将 LED1 点亮；当供电电压正常，会在 PVD 中断服务函数将 LED1 熄灭。 LED0闪烁，提示程序运行。

2.1.1 PVD初始化

void pwr_pvd_init(uint32_t pls)
{
    PWR_PVDTypeDef pvd_handle = {0};
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    pvd_handle.PVDLevel = pls; // 设置PVD电压监视器等级
    HAL_PWR_ConfigPVD(&pvd_handle); // 配置PVD
    HAL_NVIC_SetPriority(PVD_IRQn,3,3);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(PVD_IRQn); // 使能PVD中断
    HAL_PWR_EnablePVD();
}

2.1.2 PVD中断函数

void PVD_IRQHandler(void)
{
    HAL_PWR_PVD_IRQHandler();
}

void HAL_PWR_PVDCallback(void)
{
    if(__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_PVDO)) // 电压比PLS所选电压更低，触发中断
    {
        LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"PVD Low Voltage Detected!");
        LED_ON(LED1_GPIO_Pin);
    }
    else
    {
        LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"PVD Normal Voltage!");
        LED_OFF(LED1_GPIO_Pin);
    }
}

2.1.3 主函数测试

#include "bsp_init.h"
#include "stdio.h"
#include "pvd.h"

int main(void)
{
  uint8_t i = 0;
  bsp_init();
  LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"PVD Test");    
  pwr_pvd_init(PWR_PVDLEVEL_7); // PVD 2.9V检  
    while(1)
  {
    if((i%20) == 0)
    {
      LED_TOGGLE(LED0_GPIO_Pin);
    }
    delay_ms(10);
    i++;
  }
}

2.2 睡眠模式测试

2.2.1 唤醒按键初始化

// 低功耗模式下按键初始化，用于唤醒
void pwr_wkup_key_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    WKUP_GPIO_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStructure.Pin = WKUP_GPIO_Pin;
    GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING; // 上升沿触发
    GPIO_InitStructure.Pull = GPIO_PULLDOWN; // 下拉
    GPIO_InitStructure.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(WKUP_GPIO_Port, &GPIO_InitStructure);
    HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 2, 2);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
}

2.2.2 中断函数

void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(WKUP_GPIO_Pin);
}

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if(GPIO_Pin == WKUP_GPIO_Pin)
    {
        printf("WKUP Key pressed\r\n");
    }
    /* HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler()函数已经为我们清除了中断标志位，所以我们进了回调函数可以不做任何事 */
}

2.2.3 进入睡眠模式

// 进入睡眠模式
void pwr_enter_sleep(void)
{
    HAL_SuspendTick(); // 关闭Tick中断
    HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI); // 进入低功耗模式
}

2.2.4 主函数测试

#include "bsp_init.h"
#include "stdio.h"
#include "pwr.h"

int main(void)
{
  uint8_t i = 0;
  uint8_t key;
  bsp_init();
  pwr_wkup_key_init();
  LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"PWR Sleep Test");    
    while(1)
  {
    key = key_scan(0);
    if(key == KEY0_Press) // 按下KEY0进入睡眠模式，按下WKUP键唤醒
    {
      LED_ON(LED1_GPIO_Pin);
      printf("Enter Sleep Mode\r\n");
      delay_ms(1000);
      pwr_enter_sleep(); // 进入睡眠模式
      HAL_ResumeTick();
      LED_OFF(LED1_GPIO_Pin);
    }
    if((i%20) == 0)
    {
      LED_TOGGLE(LED0_GPIO_Pin);
    }
    delay_ms(10);
    i++;
  }
}

2.3 停止模式测试

2.3.1 进入停止模式

// 进入停止模式
void pwr_enter_stop(void)
{
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    HAL_SuspendTick(); // 关闭Tick中断
    HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);
}

2.3.2 主函数测试

#include "bsp_init.h"
#include "stdio.h"
#include "pwr.h"

int main(void)
{
  uint8_t i = 0;
  uint8_t key;
  bsp_init();
  pwr_wkup_key_init();
  LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"PWR Stop Test");    
    while(1)
  {
    key = key_scan(0);
    if(key == KEY0_Press) // 按下KEY0进入停止模式，按下WKUP键唤醒
    {
      LED_ON(LED1_GPIO_Pin);
      printf("Enter Stop Mode\r\n");
      delay_ms(1000);
      pwr_enter_stop(); // 进入停止模式

      /*从停止模式唤醒，需要重新配置时钟*/
      sys_stm32_clock_init(336,8,2,7);
      HAL_ResumeTick();
      LED_OFF(LED1_GPIO_Pin);
    }
    if((i%20) == 0)
    {
      LED_TOGGLE(LED0_GPIO_Pin);
    }
    delay_ms(10);
    i++;
  }
}

2.4 待机模式测试

2.4.1 进入待机模式

// 进入待机模式
void pwr_enter_standby(void)
{
    __HAL_RCC_AHB1_FORCE_RESET(); // 强制复位所有AHB1总线
    __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_BACKUPRESET_FORCE();
    HAL_PWR_EnableBkUpAccess();
    /* STM32F4,当开启了RTC相关中断后,必须先关闭RTC中断,再清中断标志位,然后重新设置 */
    /* RTC中断,再进入待机模式才可以正常唤醒,否则会有问题. */
    __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);
    // __HAL_RTC_WRITEPROTECTION_DISABLE(&g_rtc_handle);   /* 关闭RTC写保护 */
    /* 关闭RTC相关中断，可能在RTC实验打开了 */
    // __HAL_RTC_WAKEUPTIMER_DISABLE_IT(&g_rtc_handle, RTC_IT_WUT);
    // __HAL_RTC_TIMESTAMP_DISABLE_IT(&g_rtc_handle, RTC_IT_TS);
    // __HAL_RTC_ALARM_DISABLE_IT(&g_rtc_handle, RTC_IT_ALRA|RTC_IT_ALRB);

    /* 清除RTC相关中断标志位 */
    // __HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_ALRAF|RTC_FLAG_ALRBF);
    // __HAL_RTC_TIMESTAMP_CLEAR_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_TSF); 
    // __HAL_RTC_WAKEUPTIMER_CLEAR_FLAG(&g_rtc_handle, RTC_FLAG_WUTF);

    __HAL_RCC_BACKUPRESET_RELEASE();                    /* 备份区域复位结束 */
    // __HAL_RTC_WRITEPROTECTION_ENABLE(&g_rtc_handle); /* 使能RTC写保护 */
    __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);                  /* 清除Wake_UP标志 */

    HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);           /* 设置WKUP用于唤醒 */
    HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();                         /* 进入待机模式 */
}

2.4.2 主函数测试

#include "bsp_init.h"
#include "stdio.h"
#include "pwr.h"

int main(void)
{
  uint8_t i = 0;
  uint8_t key;
  bsp_init();
  pwr_wkup_key_init();
  LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"PWR Standby Test");	
	while(1)
  {
    key = key_scan(0);
    if(key == KEY0_Press) // 按下KEY0进入停止模式，按下WKUP键唤醒
    {
      LED_ON(LED1_GPIO_Pin);
      printf("Enter Standby Mode\r\n");
      delay_ms(1000);
      pwr_enter_standby(); // 进入待机模式
      /* 从待机模式唤醒相当于系统重启(复位), 因此不会执行到这里 */
    }
    if((i%20) == 0)
    {
      LED_TOGGLE(LED0_GPIO_Pin);
    }
    delay_ms(10);
    i++;
  }
}

3. PWR常见函数（HAL库）

3.1 PWR 初始化与配置

3.1.1 `HAL_PWR_DeInit()`

函数原型:

HAL_StatusTypeDef HAL_PWR_DeInit(void)

功能:

重置 PWR 寄存器到默认值
禁用 PVD、唤醒引脚等所有 PWR 功能

示例:

if (HAL_PWR_DeInit() != HAL_OK) {
  Error_Handler();
}

3.2 低功耗模式控制

3.2.1 睡眠模式

函数原型:

void HAL_PWR_EnterSLEEPMode(uint32_t Regulator, uint8_t SLEEPEntry)

参数:

Regulator:
- PWR_MAINREGULATOR_ON: 主调节器开启
- PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON: 低功耗调节器开启
SLEEPEntry:
- PWR_SLEEPENTRY_WFI: 通过 WFI 指令进入
- PWR_SLEEPENTRY_WFE: 通过 WFE 指令进入

功能:

进入睡眠模式（最低功耗模式）

示例:

HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI);

3.2.2 停止模式

函数原型:

void HAL_PWR_EnterSTOPMode(uint32_t Regulator, uint8_t STOPEntry)

参数:

Regulator:
- PWR_MAINREGULATOR_ON: 主调节器开启
- PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON: 低功耗调节器开启
STOPEntry:
- PWR_STOPENTRY_WFI: 通过 WFI 指令进入
- PWR_STOPENTRY_WFE: 通过 WFE 指令进入

功能:

进入停止模式（深度睡眠模式）
唤醒后需要重新配置时钟系统

示例:

// 进入停止模式
HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);

// 唤醒后重新配置时钟
SystemClock_Config();

3.2.3 待机模式

函数原型:

void HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(void)

功能:

进入待机模式（最低功耗模式）
唤醒后相当于系统复位

示例:

// 配置唤醒源
HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);

// 进入待机模式
HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();

3.3 可编程电压检测器 (PVD)

3.3.1 `HAL_PWR_ConfigPVD()`

函数原型:

HAL_StatusTypeDef HAL_PWR_ConfigPVD(PWR_PVDTypeDef *sConfigPVD)

参数结构体:

typedef struct {
 uint32_t PVDLevel; // PVD 检测阈值
 uint32_t Mode; // PVD 模式
} PWR_PVDTypeDef;

阈值选项:

PWR_PVDLEVEL_0 // 2.0V
PWR_PVDLEVEL_1 // 2.2V
PWR_PVDLEVEL_2 // 2.4V
PWR_PVDLEVEL_3 // 2.5V
PWR_PVDLEVEL_4 // 2.6V
PWR_PVDLEVEL_5 // 2.8V
PWR_PVDLEVEL_6 // 2.9V
PWR_PVDLEVEL_7 // 3.0V

模式选项:

PWR_PVD_MODE_NORMAL // 正常模式
PWR_PVD_MODE_IT_RISING // 上升沿中断
PWR_PVD_MODE_IT_FALLING // 下降沿中断
PWR_PVD_MODE_IT_RISING_FALLING // 双边沿中断
PWR_PVD_MODE_EVENT_RISING // 上升沿事件
PWR_PVD_MODE_EVENT_FALLING // 下降沿事件
PWR_PVD_MODE_EVENT_RISING_FALLING // 双边沿事件

示例配置:

PWR_PVDTypeDef sConfigPVD;
sConfigPVD.PVDLevel = PWR_PVDLEVEL_6; // 2.9V
sConfigPVD.Mode = PWR_PVD_MODE_IT_FALLING; // 电压低于阈值时触发中断

HAL_PWR_ConfigPVD(&sConfigPVD);
HAL_PWR_EnablePVD();

3.3.2 PVD 控制函数

// 使能 PVD
void HAL_PWR_EnablePVD(void);

// 禁用 PVD
void HAL_PWR_DisablePVD(void);

3.3.3 PVD 中断回调

// 用户需重写此函数
void HAL_PWR_PVDCallback(void)
{
 // 处理 PVD 事件
 if (__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_PVDO)) {
 // 电压低于阈值
 HandleLowVoltage();
 }
}

3.4 唤醒控制

3.4.1 唤醒引脚控制

// 使能唤醒引脚
void HAL_PWR_EnableWakeUpPin(uint32_t WakeUpPinx);

// 禁用唤醒引脚
void HAL_PWR_DisableWakeUpPin(uint32_t WakeUpPinx);

引脚选项:

PWR_WAKEUP_PIN1 // PA0
PWR_WAKEUP_PIN2 // PC13
PWR_WAKEUP_PIN3 // PE6 // 仅适用于特定封装
PWR_WAKEUP_PIN4 // PA2 // 仅适用于特定封装
PWR_WAKEUP_PIN5 // PC5 // 仅适用于特定封装

示例:

// 使能 PA0 作为唤醒引脚
HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);

3.4.2 清除唤醒标志

void HAL_PWR_ClearFlag(uint32_t Flag);

标志选项:

PWR_FLAG_WU // 唤醒标志
PWR_FLAG_SB // 待机标志
PWR_FLAG_PVDO // PVD 输出标志
PWR_FLAG_VOS // 电压调节器就绪标志

3.5 备份域控制

3.5.1 备份域访问控制

// 使能备份域访问
void HAL_PWR_EnableBkUpAccess(void);

// 禁用备份域访问
void HAL_PWR_DisableBkUpAccess(void);

重要:

访问备份寄存器或 RTC 前必须使能
需要先使能 PWR 时钟: __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE()

3.5.2 备份寄存器操作

// 写入备份寄存器
void HAL_PWR_EnableBkUpReg(void);
void HAL_RTCEx_BKUPWrite(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t BackupRegister, uint32_t Data);

// 读取备份寄存器
uint32_t HAL_RTCEx_BKUPRead(RTC_HandleTypeDef *hrtc, uint32_t BackupRegister);

示例:

// 写入备份寄存器
HAL_PWR_EnableBkUpAccess();
HAL_RTCEx_BKUPWrite(&hrtc, RTC_BKP_DR0, 0x1234);
HAL_PWR_DisableBkUpAccess();

// 读取备份寄存器
HAL_PWR_EnableBkUpAccess();
uint32_t data = HAL_RTCEx_BKUPRead(&hrtc, RTC_BKP_DR0);
HAL_PWR_DisableBkUpAccess();

3.6 电压调节器控制

3.6.1 过驱动模式 (高性能)

// 使能过驱动模式
HAL_StatusTypeDef HAL_PWREx_EnableOverDrive(void);

// 禁用过驱动模式
HAL_StatusTypeDef HAL_PWREx_DisableOverDrive(void);

功能:

提高系统时钟频率上限（最高 168MHz）
增加功耗，提升性能

使用流程:

// 1. 使能过驱动
HAL_PWREx_EnableOverDrive();

// 2. 等待过驱动使能就绪
while (__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_ODRDY) == RESET) {}

// 3. 配置高系统时钟
SystemClock_Config_OverDrive();

// 4. 禁用过驱动
// HAL_PWREx_DisableOverDrive();

3.6.2 主调节器输出电压

// 设置调节器输出电压
HAL_StatusTypeDef HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(uint32_t VoltageScaling);

电压选项:

PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1 // 高性能模式 (1.8V)
PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE2 // 平衡模式 (1.5V)
PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE3 // 低功耗模式 (1.2V)

3.7 FLASH 电源控制

3.7.1 FLASH 深度睡眠控制

// 使能 FLASH 深度睡眠
HAL_StatusTypeDef HAL_PWREx_EnableFlashPowerDown(void);

// 禁用 FLASH 深度睡眠
HAL_StatusTypeDef HAL_PWREx_DisableFlashPowerDown(void);

功能:

在停止模式下进一步降低功耗
唤醒后需要等待 FLASH 就绪

3.8 电源状态监控

3.8.1 获取电源标志

// 检查电源标志
FlagStatus HAL_PWR_GetFlag(uint32_t Flag);

// 清除电源标志
void HAL_PWR_ClearFlag(uint32_t Flag);

常用标志:

PWR_FLAG_WU // 唤醒标志
PWR_FLAG_SB // 待机标志
PWR_FLAG_PVDO // PVD输出标志
PWR_FLAG_BRR // 备份调节器就绪标志
PWR_FLAG_VOSRDY // 电压调节器就绪标志

3.8.2 电源状态检查

// 检查调节器是否就绪
if (__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_VOSRDY) {
 // 调节器已就绪
}

// 检查PVD状态
if (__HAL_PWR_GET_FLAG(PWR_FLAG_PVDO)) {
 // 电压低于阈值
}

模式	功耗	唤醒时间	数据保留	唤醒源
运行模式	最高	立即	全部	N/A
睡眠模式	中等	立即	全部	任意中断
停止模式	低	快速	SRAM+寄存器	外部中断、RTC等
待机模式	最低	慢	备份寄存器	WKUP引脚、RTC闹钟等

posted @ 2025-08-06 23:00 hazy1k 阅读(22) 评论(0) 收藏举报

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第14章 PWR介绍及应用

第十四章 PWR介绍及应用

1. 电源管理（PWR）简介

1.1 电源系统

1.2 电源管理

2. PWR基础使用示例

2.1 PVD电压监控

2.1.1 PVD初始化

2.1.2 PVD中断函数

2.1.3 主函数测试

2.2 睡眠模式测试

2.2.1 唤醒按键初始化

2.2.2 中断函数

2.2.3 进入睡眠模式

2.2.4 主函数测试

2.3 停止模式测试

2.3.1 进入停止模式

2.3.2 主函数测试

2.4 待机模式测试

2.4.1 进入待机模式

2.4.2 主函数测试

3. PWR常见函数（HAL库）

3.1 PWR 初始化与配置

3.1.1 HAL_PWR_DeInit()

3.2 低功耗模式控制

3.2.1 睡眠模式

3.2.2 停止模式

3.2.3 待机模式

3.3 可编程电压检测器 (PVD)

3.3.1 HAL_PWR_ConfigPVD()

3.3.2 PVD 控制函数

3.3.3 PVD 中断回调

3.4 唤醒控制

3.4.1 唤醒引脚控制

3.4.2 清除唤醒标志

3.5 备份域控制

3.5.1 备份域访问控制

3.5.2 备份寄存器操作

3.6 电压调节器控制

3.6.1 过驱动模式 (高性能)

3.6.2 主调节器输出电压

3.7 FLASH 电源控制

3.7.1 FLASH 深度睡眠控制

3.8 电源状态监控

3.8.1 获取电源标志

3.8.2 电源状态检查

公告

3.1.1 `HAL_PWR_DeInit()`

3.3.1 `HAL_PWR_ConfigPVD()`