一、低功耗是什么低功耗的目标是降低集成电路的能量消耗。STM32 上电后默认处于运行模式。运行模式下CPU、时钟系统、外设等模块正常工作功耗相对较高。当内核不需要持续运行时可以让芯片进入低功耗模式以减少电流消耗。STM32F1 常用低功耗模式主要有三种模式节能效果唤醒后程序状态典型特点睡眠模式较弱程序继续运行CPU 停止外设仍可运行停止模式较好程序继续运行时钟系统关闭唤醒后需重新配置系统时钟待机模式最强程序复位重启电压调节器关闭只保留少量唤醒能力可以简单理解为睡眠模式只让 CPU 休息 停止模式CPU 和大部分时钟系统都停下来 待机模式系统进入最深低功耗唤醒后相当于重新启动二、STM32F1 电源系统结构理解低功耗前需要先了解 STM32F1 的供电结构。1. ADC 电源和参考电压ADC 相关电源通常包括引脚作用VDDAADC 模拟电源输入VSSAADC 独立模拟地VREFADC 测量使用的参考电压模拟电源和数字电源的稳定性会影响 ADC 采样精度。低功耗设计中如果关闭外部模拟电路也要考虑唤醒后模拟电源稳定时间。2. 调压器电路调压器为备份域和待机电路之外的大多数数字电路供电包括Cortex-M3 内核数字外设SRAM在停止模式中可以通过低功耗电压调节器进一步降低功耗。3. 备份域电路备份域通常包括LSE 振荡器RTC后备寄存器备份域可由VBAT供电。在主电源VDD掉电时只要VBAT有效RTC 和后备寄存器仍可继续工作。三、睡眠模式1. 睡眠模式的表现睡眠模式下CPU 内核时钟关闭CPU 停止执行指令但外设时钟可以继续运行。也就是说进入睡眠模式后CPU 不再主动执行主循环代码。外设可以继续工作。中断仍然可以唤醒 CPU。SRAM 和寄存器状态保持。2. 进入睡眠模式睡眠模式通常通过内核指令进入WFI 或 WFE其中指令含义WFIWait For Interrupt等待中断WFEWait For Event等待事件HAL 库提供的进入函数为HAL_PWR_EnterSLEEPMode();3. 唤醒方式睡眠模式可以被任意中断或唤醒事件唤醒。常见做法是将WKUP按键所在引脚配置为外部中断。进入睡眠后按键触发外部中断CPU 被唤醒并继续运行。4. 优缺点项目说明优点对系统影响小唤醒快外设可继续运行缺点只是关闭 CPU 内核时钟节能效果最弱睡眠模式适合短时间等待事件例如等待按键、等待串口接收、等待外设中断。四、停止模式1. 停止模式的表现停止模式比睡眠模式更省电。停止模式下CPU 内核时钟关闭。内核逻辑电路的所有时钟关闭。时钟系统关闭。SRAM 和寄存器内容保持。程序唤醒后不会复位会从进入低功耗后的下一条指令继续执行。停止模式适合系统需要较低功耗但又希望唤醒后保持运行上下文的场景。2. 进入停止模式进入停止模式需要配合电源控制寄存器和 Cortex-M 内核低功耗控制位。关键条件PDDS 0 设置 LPDS 位选择电压调节器状态 SLEEPDEEP 1 执行 WFI 或 WFEHAL 库提供的进入函数为HAL_PWR_EnterSTOPMode();3. 电压调节器状态F1 停止模式中LPDS位决定电压调节器状态LPDS状态0正常开启1低功耗模式低功耗电压调节器可以进一步降低功耗但唤醒恢复时间通常更长。4. 唤醒方式停止模式可由外部中断唤醒。使用按键唤醒时通常需要把WKUP引脚或其他 GPIO 配置为 EXTI 外部中断。需要注意退出停止模式后系统时钟通常会切换到 HSI RC 振荡器。因此唤醒后如果工程原本使用 HSE、PLL 等高速时钟必须重新初始化系统时钟。典型处理流程进入停止模式前关闭或降低不必要外设功耗 外部中断唤醒 唤醒后重新配置系统时钟 恢复外设工作状态 继续执行应用逻辑5. 优缺点项目说明优点节能效果较好程序不会复位SRAM 和寄存器保持缺点恢复时间比睡眠模式长唤醒后需要重新配置系统时钟五、待机模式1. 待机模式的表现待机模式是 STM32F1 中功耗最低的模式。待机模式下CPU 内核时钟关闭。内核逻辑电路的所有时钟关闭。时钟系统关闭。电压调节器关闭。大部分 SRAM 和寄存器内容丢失。唤醒后程序从复位流程重新开始执行。待机模式适合长时间休眠、只需少数唤醒源恢复工作的场景。2. 进入待机模式进入待机模式的关键条件PDDS 1 SLEEPDEEP 1 执行 WFI 或 WFEHAL 库提供的进入函数为HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();3. 唤醒方式F1 待机模式常见唤醒源包括唤醒源说明WKUP 引脚上升沿常用于按键唤醒RTC 闹钟事件可实现定时唤醒NRST 外部复位通过复位引脚唤醒IWDG 复位独立看门狗复位唤醒待机模式下可用唤醒条件较少设计时需要提前确认唤醒源是否满足需求。4. 优缺点项目说明优点节能效果最好缺点唤醒后程序复位重启可用唤醒源较少如果系统需要在唤醒后恢复某些状态建议将关键信息保存到后备寄存器、外部 EEPROM、Flash 或其他非易失存储器中。六、F1 低功耗相关寄存器STM32F1 低功耗控制主要涉及SCB_SCR、PWR_CR和PWR_CSR。1. SCB_SCR 系统控制寄存器SCB_SCR用于选择休眠和深度休眠模式。重点关注SLEEPDEEP位SLEEPDEEP含义0进入睡眠模式1进入深度睡眠模式用于停止模式或待机模式睡眠模式不需要设置SLEEPDEEP停止模式和待机模式都需要设置该位。2. PWR_CR 电源控制寄存器PWR_CR用于配置低功耗相关控制位例如清除标志位、选择停止/待机模式、电压调节器状态等。重点关注位作用PDDS选择进入停止模式还是待机模式LPDS停止模式下选择电压调节器状态CWUF清除唤醒标志PDDS的含义PDDS进入模式0停止模式1待机模式3. PWR_CSR 电源控制/状态寄存器PWR_CSR用于管理待机/唤醒标志和唤醒引脚。重点关注位作用EWUP使能 WKUP 引脚作为待机唤醒源WUF唤醒标志WUF是唤醒标志需要结合PWR_CR中的CWUF位进行清除。进入待机模式前通常要先清除旧的唤醒标志避免刚进入待机就被历史标志影响。七、F1 低功耗相关 HAL 函数HAL 库封装了常见低功耗操作。函数或宏作用HAL_PWR_EnterSLEEPMode()进入睡眠模式HAL_PWR_EnterSTOPMode()进入停止模式HAL_PWR_EnterSTANDBYMode()进入待机模式HAL_PWR_EnableWakeUpPin()使能 WKUP 引脚唤醒功能__HAL_PWR_CLEAR_FLAG()清除 PWR 相关标志__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE()使能电源控制外设时钟底层进入低功耗最终依赖 Cortex-M 内核指令WFI 或 WFEHAL 函数内部会根据参数和模式设置相关寄存器并调用对应的内核低功耗指令。八、睡眠模式使用流程睡眠模式常用于等待外部中断或外设中断。典型流程初始化唤醒源例如将WKUP按键配置为外部中断。根据需要降低外设功耗例如降低屏幕亮度、关闭暂时不用的外设。调用HAL_PWR_EnterSLEEPMode()进入睡眠模式。外部中断或其他中断触发后唤醒 CPU。中断处理完成后程序继续执行。睡眠模式对系统影响小适合短时间低功耗等待。九、停止模式使用流程停止模式比睡眠模式更省电但唤醒后需要处理系统时钟恢复。典型流程初始化唤醒源例如将WKUP按键配置为外部中断。进入低功耗前处理外设状态例如关闭屏幕背光、停止不必要的通信外设。调用HAL_PWR_EnterSTOPMode()进入停止模式。外部中断触发后唤醒 CPU。重新配置系统时钟。恢复必要外设。程序继续运行。停止模式的关键点是唤醒后程序不复位但时钟系统可能已经不是进入前的配置。十、待机模式使用流程待机模式功耗最低但唤醒后程序会重新启动。典型流程根据需要初始化WKUP为中断触发源。关闭或降低外设功耗。使能 PWR 时钟__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();使能WKUP引脚唤醒功能HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);清除唤醒标志WUF__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);进入待机模式HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();唤醒后程序会从复位入口重新执行。因此必须在启动阶段判断复位来源并恢复必要状态。十一、三种模式对比对比项睡眠模式停止模式待机模式CPU停止停止停止时钟系统多数仍可运行关闭关闭电压调节器工作可正常或低功耗工作关闭SRAM/寄存器保持保持大多不保持唤醒后程序继续运行继续运行复位重启唤醒速度最快中等较慢功耗最高较低最低适合场景短时间等待中断中等功耗休眠长时间低功耗休眠选择低功耗模式时要在功耗、唤醒速度、状态保持和唤醒源数量之间权衡。