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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。
& s3 U; ~0 Q' h: s5 Q; ~+ pSTM32U083x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。 
) _1 w! s. I# ~) @( t" M7 }& M1 TSTM32U083x资源:, z& v& p; q, s, r4 ]
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+ O" k, p3 ^7 j
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。
) s  c) \1 `. e6 G. @; b多达21个电容感应通道
/ C1 P3 X, p( i8 V( ~+ i( b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。
2 u$ R4 I; J, ~6 d: H: ?. R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。
, q& ?2 |; f' @: Z: M# ~) E0 {! u" W1 tSTM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。1 |! b0 d0 x* D, o3 V
低功耗特性:
9 x* j- g/ b' P0 S根据规格书STM32U0 :
2 k9 G% l9 D. l, d* q( `! V/ i*1.71 V至3.6 V电源$ j2 l7 Y/ g) h& |/ b' b
*-40°C至85/125°C的温度范围
9 Z9 f; J0 a& X: `, ]$ ~*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)4 i" L5 y/ o) N8 `, {5 U( M: l( c2 e
*关机模式(6个唤醒引脚):
% g0 V5 G# N6 k0 ]) M0 W, P9 j*16nA待机模式(6个唤醒引脚):
6 f( e- }  l+ Q/ V*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA! M0 M1 ?7 g" n3 S; t
*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA
% E3 ~" C3 r- M' [+ w*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ
0 N1 B: ^: A" m3 V; u8 n  C*批量采集模式
8 j$ i9 Z  s9 ^+ i* P*4uA从停止模式唤醒用户
/ B9 Y( i2 L3 ]7 S7 H% y*断电复位- X$ \7 e+ B8 j! W
CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。& r8 ~3 {3 P3 U5 e% Q
   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。
8 }1 A" M3 n$ i! |0 i9 J& _6 T# r; y1). 选择合适的低功耗模式6 _. O3 @- {8 R& c6 F  k( m0 f
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。. t  v' R/ W) n. s  a# G" M
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。
$ ~4 F3 B5 z, r3 [$ [& p; N9 s$ L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。
  m( A- ^3 o8 o2 J8 I, j6 L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。" b0 x2 O; I9 K/ m0 B
2). 配置外设
/ i; d& ?; i  B3 W  Z. x# }& D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。! M/ m9 M# [5 D6 x1 d1 X
3). 配置时钟系统
5 T- |4 A& |% @9 ~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。
  J8 a. E# M5 g& h% M 1.jpg
% q) z( t. U9 y+ e7 c5 P% D9 t
2 C! Q3 R( t3 t# x$ P- v" U* W
4 G1 B6 ^7 |9 Q% y3 Y8 h  R   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。
/ Q) B9 E8 Y* L: E3 v! O; BLED初始化
; I/ A7 v; f  b$ o% O. Y. m4 W) z5 `" e
  1. static void MX_GPIO_Init(void)9 w+ b1 }& C1 {4 L! n  D" @4 V
  2. {6 j9 h& d! e- F5 b" c* M
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    / A5 ~' g- k, ]# o; c- T, f$ F
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */
    - [- `) @* r$ n9 _8 T
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */5 d9 l0 [: P& P/ I; |" ]! \
  6. 2 T" j7 |" V8 F5 J
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */
    2 X% e: R% |) i* p. x9 B; O9 e8 |/ Y: K
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    0 i& S! w; a- y) X0 e$ b
  9. + N. `, {* }9 V( T9 A
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */' L; H- Q* S5 G! p4 O, y7 s  s
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);* i5 w. q! U$ Z

  12. & s; n0 [3 g. @  `2 K& j
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */
    9 n% V- X+ [5 u$ v. S
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;
    * k9 F' H4 B" c4 X, o7 a
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;6 Q$ z9 B2 s# r/ l: i
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;" @* S. n+ B/ |6 @4 f( U
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    ' `; U, M, {7 M7 [3 j
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
    6 c1 M. U/ M3 E1 N3 X8 {$ L3 f
  19. ; E- ?* i$ Z# A& Q1 W. B
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */4 C, b$ ?$ [2 \0 o$ C% S
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */2 B# N; Y( y: ^! l4 h8 v( g
  22. }
复制代码

0 A! O5 [! j: _8 b! B6 t
& ?2 @' e7 M3 Y0 Z+ e5 E/ N; N) r' M# |: \+ \
3.jpg
1 y1 t; z" D  E) ?. F. U' W: `. j8 O- i$ J3 V+ d
6 H& I7 I) K* F/ j# `( |* `
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。$ K4 t1 j" R) f: S9 p/ `9 n
9 X: O" G! T' G, P
$ Z6 i$ u) z7 O2 ]: P, v, X8 d
4 A# I! A6 _' e- p( e$ s
4.jpg 7 q( h  s; n  v5 k
! `! A1 N6 u5 j5 ~; f. N: X

' R3 Z3 M; @0 X, P& ^- a- ~6 }* `1 M% X2 ?4 w9 O
小结:
; ?4 h, ?* T, K; q: E  U/ ~    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。
) U& N* \# p/ @3 R/ O/ g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。9 B' u) |& ~0 g3 c0 l) Z+ i
, y6 Q  A8 m" N) e& Y( S' X

! D4 p+ V$ G% y4 l& D1 Z9 D* `: x2 z
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