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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。
3 |9 e6 b' ^, B3 ~% \# t2 h4 q! L2 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。 - O$ A( E6 C& k; E
STM32U083x资源:0 D3 x) S# V& D2 r0 |6 F* i
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$ q5 z% Z0 O5 N0 D
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。. |& z+ B$ N( R0 f; ~
多达21个电容感应通道
  V) D, y: R# ?$ O2 e2 V) p: `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。
+ X, ]2 }* ?( ^. `% j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。" m. i! ]" b2 l4 p$ R
STM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。2 A3 ~) H5 ~$ q% U" u  s! F. v& `
低功耗特性:7 t& B9 i+ j! Q
根据规格书STM32U0 :
4 R0 K: H! X' O  \*1.71 V至3.6 V电源! p* A" y$ f1 R. M# R
*-40°C至85/125°C的温度范围0 n: h1 r/ W2 R
*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)
1 F! W0 O' r  n/ D; i- [+ ?5 I0 U*关机模式(6个唤醒引脚):
. L. D. X- s7 Z0 @*16nA待机模式(6个唤醒引脚):* _( b/ e5 R! j+ @/ @5 I8 ?
*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA  A5 r. V0 c- Y+ p" Q$ t) x. `
*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA1 D. L* t" C4 r0 m' }: Z
*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ, ~5 w4 G6 |9 Q3 m$ N, ~% J2 g2 N
*批量采集模式
9 M0 E4 ^4 W  P) l% m' f, P1 B6 R*4uA从停止模式唤醒用户
  ], ]/ @5 v4 d4 W1 L  |* q7 f*断电复位
! L0 S0 \( p- s& X1 e/ j; g CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。5 F$ G: h, [8 F+ h5 l' g
   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。7 s* X% _* Z% x  n# O
1). 选择合适的低功耗模式; a+ g6 e+ z3 s2 }$ U& j
STM32U0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。
1 s* e0 D9 T" D5 X! d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。
$ R5 c9 ?) i; U2 O# _3 q( i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。
" V; x3 T7 h2 s* b! d, f6 c9 }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。
8 ^% C. i. J5 r) i8 |+ w2). 配置外设- s9 I! @) @  b# J3 S1 N" s& ~
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。2 [- e; [+ u' r5 S5 H( \9 h
3). 配置时钟系统( F0 L' P6 m5 p. D- O
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。
. r# _- x' j$ r' j' n: _  C" T 1.jpg
8 a2 U9 {3 g0 S9 i$ P0 H" H  `! m; [- f+ N- r  q# e/ Q

5 W* _' K; n4 H1 y) p, N* i8 Q   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。
% N% Q- R5 S9 Q2 `5 cLED初始化) T5 C3 `1 L8 V2 d
  1. static void MX_GPIO_Init(void)
    - T3 B* g' `# m: T/ n1 R
  2. {+ U5 V+ a, c  j1 n+ W6 u
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};9 ?. L: a! B& E# m
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */6 n+ M! N0 D/ A6 W! W. d
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */: n8 \( [; w2 |+ a

  6. : i) h, W% z5 t( E9 N3 L+ z$ c
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */
    $ q; P& G5 w+ B9 F$ f0 d; Y) O+ P
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();, o3 t: ?; l' x; \& b( y1 ?/ v4 f
  9. 1 d1 }( {  K. a7 K) j% d" g4 K
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    6 R9 k2 ~2 J( `! [5 @& G
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);5 t/ o6 i3 d+ K' d
  12. 2 K6 X( s( x- y# U: ]( M5 r! @
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */* m6 U% z; P; l  E
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;+ i3 j- y1 ^* ~! I3 J1 G4 ?( V- }
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    0 s) J" {* {' _; C  w' Q
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
      \% T7 X) R0 }; ~  N
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    + \2 A4 q$ O5 p: h# `
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
    7 M; \5 H% U! C2 q+ g4 ]! T; f
  19.   N% I# o7 ~* x2 @3 p
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */
    ! q' M* d; @5 F8 I( P& \
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */
    - o+ ?6 E( |, A4 `3 {5 t7 D/ v
  22. }
复制代码

0 @1 X2 k0 t6 z9 S6 d
0 a$ q0 ^2 w. f' H2 M' n. y, A
+ b9 z! n4 L" h+ D6 M3 J 3.jpg
1 D5 U1 o; a* R: \4 J* I1 q
% j+ ]$ S- P/ B4 w4 @2 o0 |' M( u4 U3 ], m' v8 a+ |
RCC_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。5 r# C& G0 F1 y: N9 M( @
! [0 g0 v" y3 @

. r0 Z( S3 R6 j) ~
+ l: D  [7 F  D, | 4.jpg , w  e* H; J; u9 K9 l' k% e( Y- X

) f( u/ Q, p, y! R
/ L1 B3 E" m" U9 G) _% B
8 [% |+ N# T5 ~$ w) ~2 J5 B# R3 }小结:
: C2 w! \5 S3 U8 R- Q0 ]    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。
0 G% x: c' ~3 b0 r0 _. _; f' L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。
8 {. n# `9 Z' Z" s% D5 |* a1 Q9 Z+ s( f% ?) x- w' t7 `  x
( b# t1 @2 S% z: S

4 U9 x$ B8 v  p6 P! M3 q. F+ b
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