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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。
- H& F5 ^8 q) r0 Q, aSTM32U083x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。 
( o8 T1 s' |! n: H3 b+ a$ V/ \9 tSTM32U083x资源:! i' K6 g" q2 V3 S, h7 ]
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
, l/ `2 A+ J0 S: Z/ C" {) h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。' y- |) W5 q/ N% Y& p, m
多达21个电容感应通道; Y& v& W6 u; Q
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。
/ K9 z$ k) A% d6 H* D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。
$ h. p* j: I7 C; PSTM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。
" \+ O, W3 R! ^2 R4 X/ t% x低功耗特性:# D8 r9 ^7 K; P! h
根据规格书STM32U0 :* ?: D4 r# v6 u+ d1 `0 O
*1.71 V至3.6 V电源
( h; [. P% V% S* F- y*-40°C至85/125°C的温度范围* }0 r2 ~$ k% F/ t* ]  _; W
*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)  a6 j$ s( i$ [+ f6 _+ d
*关机模式(6个唤醒引脚):6 {1 _' y2 O+ x* O, q5 d% o" T! d
*16nA待机模式(6个唤醒引脚):
" R( R$ p2 N0 y# h. i*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA8 t) G: @% e6 V
*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA0 R$ S7 ]1 R4 @. r
*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ
/ q( u5 O& }2 ?2 i4 Q0 y4 O*批量采集模式
1 ]/ j4 ^# d  p5 k1 A( P3 l*4uA从停止模式唤醒用户/ r1 ?5 ]( w2 ]
*断电复位
8 E5 @( k1 Y3 t2 q& ^) P3 k0 S CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。
8 [# e6 T8 x9 O5 v0 x4 E   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。0 y: P$ J( P' S6 _0 R4 r
1). 选择合适的低功耗模式- q( x, Z) g6 F, z2 b5 E
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。
3 K' s9 k2 j3 z% \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。
* o- j5 _1 ?" I! U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。
1 b( r! A- s; Z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。- G* {) c5 a+ ^
2). 配置外设* v5 M7 [( e, ~
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。6 I# y" u* _; W  @$ d; y( k- ~6 ^
3). 配置时钟系统- I: s/ {% l9 y. k
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。0 B6 {( \; s- ]1 i
1.jpg
( u/ A* v' p5 A5 L. q) ]( R/ A! U" S! p% {; [1 e, x; y
1 h- D" f% b1 z' H6 U
   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。
6 E+ g; o9 ~5 ~8 f9 z* g. NLED初始化! h- d; W2 R" b6 C- [2 @3 n
  1. static void MX_GPIO_Init(void)
    / z( m5 R8 E1 L  l' |. H+ }' @; A
  2. {3 y7 f$ A( ^0 H8 K- u% P2 X. X" q
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};4 v4 G5 O0 M: S7 W! T
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */% ?9 ^" W) H( ^3 g7 J9 V( x
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */
    : _; X5 |8 g  R6 Q& x/ [( K

  6. # i* e! j' ~6 g$ _- ^
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */1 d1 m6 Q( v% c/ p9 e+ B. \7 s, \
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();8 q+ p3 e, I) z0 u, V
  9. * g' P% j7 R# _$ I5 t
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    0 s: L' r; J. |+ }: Z/ d2 C
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);; s; I2 T% r) y  T& ?
  12. " F3 b- ~3 @$ |( Z  M
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */
    . f$ t2 ^9 ?& g
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;. u# L1 A/ b3 m: e8 K
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    : Y3 @# X; F4 J1 L8 p# O$ o
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;9 ?0 B9 @1 Z5 V3 k; t7 U' B- M
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;$ g1 {1 U: L" t. N6 ]
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
    6 o) ]0 h2 O- ?
  19. 8 c9 O& k$ F; b# T3 f
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */% M1 y3 Y0 u. e6 u- M/ c$ X+ b1 _7 J0 n2 f
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */+ h2 X4 A/ ]/ N* y% Q9 p7 R
  22. }
复制代码

& n& M7 X4 P$ |4 D3 P
1 b# P2 t0 c# j; n! C
, Y  M9 A& F/ R! P4 t  j: m% L& n. X 3.jpg " u9 |- ~7 d% b3 J! ?' P& |  s

7 Y9 w, E# @( `, K8 ~, Y0 k- b
. p+ l. |( a" ], i) GRCC_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。
4 Q4 o' Q/ s# ^4 J# H% l3 ?  n. u5 c2 ?4 }# b( X

4 C7 x6 n# w# V2 U( j) p6 p  t" H. L$ a5 E& B  i; T' V- s
4.jpg ! {8 b4 Z$ p* U: H1 z: G  }$ o( F; S- R
( P, h' i0 F1 b5 c

, x" _  j1 G6 y; w. T5 Z& j6 S) Z: m
小结:) w' B+ p' N$ g' W+ H, l
    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 q/ |! _6 [" ~5 Z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。
7 n3 [+ R6 H7 ?: Q! L4 d6 N
) r2 @! H4 `, ~7 o  Z  B$ R
( l) b3 m' v# F% `* T) }! E1 W! v1 I3 O# c+ d9 p/ T
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