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【NUCLEO-U083RC评测】MSI功耗测评

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马晓天 发布时间:2024-6-19 14:37
    STM32U08系列采用Arm Cortex®-M0+内核,这是一个专为低功耗和成本敏感型应用设计的32位内核。运行频率:STM32U08系列MCU的运行频率高达56 MHz,这为其提供了足够的处理能力来执行各种嵌入式应。
1 q$ a+ \% k/ VSTM32U083x系列提供高达256 KB的Flash存储器和高达40 KB的SRAM,具有八种封装方式,包括32至81引脚的UFQFPN、WLCSP、LQFP和UFBGA封装。 
. A$ c: I( p7 B. [  \& m6 V% v+ M7 eSTM32U083x资源:
6 t! Q0 p9 ]) `6 P  y5 x% ~一个12位ADC,两个内置的轨到轨模拟比较器,一个运算放大器! Y) m% g% ?8 ]+ V8 O8 P
一个低功耗RTC,一个通用32位定时器,一个专门用于电机控制的16位PWM定时器,三个通用16位定时器以及三个16位低功耗定时器。
: Z7 c1 X1 d7 Y9 s/ ~3 j1 p多达21个电容感应通道
0 g  P5 c# s3 _三个I2C、两个SPI、四个USART和两个低功耗UART,以及一个支持设备模式的无晶振USB2.0。
: A& c% P5 O. _. o5 ^一个带内部升压转换器的LCD控制器,可以驱动8x48或4x52个段码。
! U- A$ h& L, \STM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。
/ X# u" n; j! i- Z低功耗特性:
# l. _+ w; a. `" c' |9 \& P根据规格书STM32U0 :+ u; n! k1 R' p2 B: ~; K! E; K6 o. B
*1.71 V至3.6 V电源
* D5 D+ o& h% l' q6 E*-40°C至85/125°C的温度范围) C- n9 V  {! ]- I! n$ o$ r6 a
*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)# r# e! `7 u) s  P6 }0 X
*关机模式(6个唤醒引脚):
5 b( W5 l! K4 ]9 U- d. A, z* H. {*16nA待机模式(6个唤醒引脚):, m  @+ d. k7 H& J1 g* G
*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA
8 \8 _2 e) m3 K* I+ K; B*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA
) v* r1 t! C, s( n/ u*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ
, O6 h, r+ j0 v; L  R*批量采集模式7 O) p' E" k0 O5 d; m% a% A
*4uA从停止模式唤醒用户
; U9 L2 `1 n3 T( R- f! I2 b, w*断电复位
( [: ~9 Q) q' C1 L( `. \ CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。
2 m/ Q. H& Q3 F6 h4 I; d* h   STM32U0的低功耗编程主要涉及配置微控制器进入不同的低功耗模式,以及管理这些模式的进入和退出条件。( X: [' W  r% I" R
1). 选择合适的低功耗模式
- |4 d( x: P# n, W4 HSTM32U0支持多种低功耗模式,包括睡眠模式、停止模式和待机模式。根据应用的需求,选择合适的模式非常重要。
. n- l* d+ x3 ^, i5 s, t睡眠模式:CPU停止工作,但外设时钟保持开启。这种模式适用于外设需要持续运行但CPU不需要处理任务的场景。
7 q" ^' J& ]0 x* {5 S" b! ~停止模式:所有时钟都停止,但SRAM和寄存器内容保持不变。这种模式适用于需要快速唤醒的场景。5 b2 W/ B* p8 P- ]( _
待机模式:功耗最低,关闭了1.8V的内核电源。这种模式适用于长时间不需要工作的场景。6 ^' ^4 Y( c$ f( F5 M# F
2). 配置外设
  C/ J" o/ X: @在进入低功耗模式之前,需要配置好外设的行为。例如,如果使用了外部中断来唤醒微控制器,那么需要配置相应的中断引脚,并设置中断优先级和触发条件。
# k3 v- H  I1 s( c4 @( s5 B9 ^" R3). 配置时钟系统
( X( T; H; i2 q5 q+ D, b% r进入低功耗模式时,需要关闭不必要的时钟信号以降低功耗。这包括CPU时钟、外设时钟等。根据选择的低功耗模式,合理配置时钟系统是关键。6 p$ w  c& C7 A2 f
1.jpg ! Z& P$ J% o' O" i

5 U2 j- ^9 I0 A1 [/ P$ [( d3 I/ P& T
   在STM32微控制器家族中,MSI指的是Multi-Speed Internal Oscillator(多速内部振荡器)。对于STM32U0系列来说,MSI是一种灵活的内置低功耗振荡器,它可以生成多种频率的时钟信号,无需外部晶振或陶瓷谐振器。STM32U0系列中的MSI时钟源可以在一定范围内调整其输出频率,这样设计人员可以根据系统需求选择合适的时钟速度,既可以满足性能要求,也能优化功耗。在STM32U0系列中,MSI时钟源支持多个预定义的频率输出级别,这对于在低功耗模式下操作特别有用,因为它可以在不增加外部组件成本的同时提供稳定的时钟信号,从而简化系统设计并降低成本。此外,由于它是内部振荡器,因此不受外部环境温度和电压波动的影响,提高了系统的稳定性和可靠性。, r3 s+ j. S) Y/ E# }
LED初始化9 }7 }  a$ J$ \7 ]6 K7 A
  1. static void MX_GPIO_Init(void)2 B( N% u) f+ m1 h/ I
  2. {
    " C5 W+ I4 u9 n& {6 w
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    ; f8 Z! a- D9 H
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */
    9 f- f, _2 z3 p8 A3 a- L
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */
    1 Y' T+ h5 {1 B% Q2 g& U: K

  6. 3 u  i0 i( R/ j- ^
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */# G% |1 d( d% q
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();  `' ?& `" |- u2 D1 i
  9. / Z9 U" ~3 W8 e& ~3 p' H) _+ P
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    ; d( S# D4 B: Q+ x3 D3 k) }+ n
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);3 @2 C$ {3 u- {' m, ]4 S

  12. : e( Y6 u( v  R; s+ y- t
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin *// y4 u8 C$ N+ Q* O2 B
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;( z7 \% j3 f; A+ |, k0 u
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    4 e) I8 }, @7 }
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;$ V. y) y, z5 P. s3 C, x
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    - S+ j$ N6 c6 a# k3 w
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
    0 ?  ]/ `; p) I8 z
  19. ; b4 ~+ l9 F/ o8 K# G+ d
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */+ w1 f, ]4 e3 e4 z! |' m8 w
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */
    ) V7 n5 G% [) h$ U0 W; Q
  22. }
复制代码
5 h6 u3 O/ u) U, F3 {

5 H" n4 `! z0 N: H! N' r5 J6 M' I: W6 K! t
3.jpg
; q+ j) i7 R7 G! w) m; p9 Y
& G0 E% }- B5 y/ ?
9 Q6 B. V8 X5 ]" B0 a: ORCC_OscInitStruct.MSIClockRange = RCC_MSIRANGE_11; RCC_MSIRANGE_11 是STM32微控制器中的一个宏定义,它通常用于配置MSI(Multi-Speed Internal)时钟的范围。MSI是STM32微控制器内部的一个时钟源,它可以提供不同的频率范围。通过JP5测试功耗:48M满速跑仅仅4.23 MA。RCC_MSIRANGE_1; 电流: 132uA。
( y5 Q! ^" A; `% a+ q; O- i" t
- V1 z! q- O- j/ x+ B6 p- }4 Q3 Q' w/ n7 X/ ~0 U" B7 J
& W, t0 k  A- w2 s
4.jpg " y7 v$ q; S1 g; ~4 ?! E6 F

7 K4 N1 Y. O# P( m, Q
# b! L. f! R$ J, ^: h4 {" p
- O* [+ z% m5 c% M9 K# \小结:2 t# C+ `) h, h6 X, K
    MSI(Multi-Speed Internal)是STM32系列微控制器内置的一种可调节频率的内部RC振荡器,其特点是能够在多个预定义的频率之间切换,以便优化系统的性能与功耗之间的平衡。通过测试发现MSI时钟频率对功耗很大。2 B9 v7 ~( |/ A# K
时钟速度与功耗的关系:一般来说,时钟频率越高,MCU消耗的功率也就越大,因为更高的时钟速度意味着更快的运算速度和更多的开关动作,这些都会增加动态功耗。当降低MSI时钟频率时,由于内部电路的工作频率降低,动态功耗会随之减少。# M7 a7 l7 q$ G" H7 O) b! I

% K* [$ L* Z  k) T3 ~
% s* x- P8 S* t: A  |0 @) R4 m& [  Z, R1 q+ s: v5 B- T4 e/ J
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