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【经验分享】验证 STM32F401 在 STOP 模式下的电流

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STMCU小助手 发布时间：2022-3-5 09:44
问题：
该问题由某客户提出，发生在 STM32F401CEY6 401CEY6 401CEY6 器件上。据其工程师讲述：在程序中，在进入 STOP 模式之前他已经将 STM32F401 的 I/O 口做完处理了，但是电流仍然比数据手册写的数值还要大很多，不知道是在哪里消耗了电流。希望能帮他验证一下。

调研：
我们先来看一下 STM32F401 的数据手册中，对其在 STOP 模式下工作的电流的参数：

1@1I2[1{R[$~B6{MO08@A}8.png

按客户的要求，我们主要是验证在 STOP 模式下，调压器在低功耗模式下的电流，也就是表格中典型电流为 42uA 的那个值。
我们使用 STM32F401 的 Discovery 板进行验证，因为在 Discovery 板上只需要把 Idd 的那个 JP2 的跳线帽拿掉接上电流表就可以测试电流了，当然，我们必须要检查一下，这个电流供进来给 MCU 作为VDD 时，还可能连接什么电路会导致电流消耗的，检查了一遍，主要是要注意 BOOT0 以及 BOOT1脚。

LP_)IU6}S`I{1BSRZ_$()UI.png

由于运行用户代码，所以 BOOT0 和 BOOT1 都将接到低电平上，所以电路上要确保 SB19 和 SB20 短路，但是我们可以看到，BOOT1 上面从 VDD 到 R30 到 R31 再到 GND，将会有一个电流产生，所以必须要把 R30 取下来。BOOT0 由于本身 R29 就没有接，所以倒是没有关系。
好，那现在开始验证电流，我们使用 32F401CDISCOVERY 的固件库中的 PWR_STOP 的例程来验证。因为不使用 RTC，所以我们将程序中的 RTC 部分删掉：将 stm32f4xx_it.c 中的 voidRTC_WKUP_IRQHandler(void)函数中的内容删除，再将 main.c 中的 static void RTC_Config(void)函数删除，在 int main(void)主函数中也清除掉相关的内容，主函数如下：
  1. int main(void)
  2. {
  3. /*!< At this stage the microcontroller clock setting is already configured,
  4. this is done through SystemInit() function which is called from startup
  5. file (startup_stm32f401xx.s) before to branch to application main.
  6. To reconfigure the default setting of SystemInit() function, refer to
  7. system_stm32f4xx.c file
  8. */

  10. /* Configure the SysTick to generate an interrupt each 250 ms */
  11. SysTick_Configuration();
  12. /* Initialize LEDs and User Button mounted on STM32F401C-DISCO board */
  13. STM_EVAL_LEDInit(LED3);
  14. STM_EVAL_LEDInit(LED6);
  15. /* Key button (EXTI_Line0) will be used to wakeup ths system from STOP mode */
  16. STM_EVAL_PBInit(BUTTON_USER, BUTTON_MODE_EXTI);
  17. while (1)
  18. {
  19. /* Insert 5 second delay */
  20. Delay(20);
  21. /* Turn OFF LED3 */
  22. STM_EVAL_LEDOff(LED3);
  23. /* Enter Stop Mode */
  24. PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);
  25. /* Configures system clock after wake-up from STOP: enable HSE, PLL and select
  26. PLL as system clock source (HSE and PLL are disabled in STOP mode) */
  27. SYSCLKConfig_STOP();
  28. }
  29. }
复制代码

编译，下载测试电流，进入 STOP 模式后电流为 2.23mA 左右。
大家应该已经发现，此例程在进入 STOP 模式之前，并没有对 I/O 口进行处理，导致很多配置为输入浮空的 I/O 口在受到外界干扰的时候，状态不定，消耗了大量的电流。在实际应用中，在进入 STOP模式前，可以根据实际情况，将 I/O 口设置成模拟输入，输入+上下拉电阻，或者输出固定电平。所以，在这里，我们将我们没用到的 I/O 通通设置为模拟输入，只保留 PA0 作为按键，产生外部中断来将 MCU 从 STOP 模式中唤醒。配置 I/O 口后，为了方便从 STOP 模式唤醒后还能直观地看到 LED灯，我们需要在 stm32f4xx_it.c 的 void EXTI0_IRQHandler(void)函数中加入 LED6 的初始化函数STM_EVAL_LEDInit(LED6)，在 main()主函数的 SYSCLKConfig_STOP()之后加上STM_EVAL_LEDInit(LED3)。
void EXTI0_IRQHandler(void)如下：
  1. void EXTI0_IRQHandler(void)
  2. {
  3. if(EXTI_GetITStatus(USER_BUTTON_EXTI_LINE) != RESET)
  4. {
  5. /* Clear the USER Button EXTI line pending bit */
  6. EXTI_ClearITPendingBit(USER_BUTTON_EXTI_LINE);
  7. /* Toggle LED6 */
  8. STM_EVAL_LEDInit(LED6);
  9. STM_EVAL_LEDToggle(LED6);
  10. }
  11. }
复制代码

Int main(void)中的主循环 while(1)中的内容如下：
  1. while (1)
  2. {
  3. /* Insert 5 second delay */
  4. Delay(20);
  5. /* Turn OFF LED3 */
  6. STM_EVAL_LEDOff(LED3);

  8. /* Configure all I/O ports */
  9. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  10. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
  11. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);
  12. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);
  13. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);
  14. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);
  15. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All;
  16. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
  17. GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  18. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
  19. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
  20. GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
  21. GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
  22. GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
  23. GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
  24. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = (~GPIO_Pin_0);
  25. GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  26. /* Enter Stop Mode */
  27. PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);
  28. /* Configures system clock after wake-up from STOP: enable HSE, PLL and select
  29. PLL as system clock source (HSE and PLL are disabled in STOP mode) */
  30. SYSCLKConfig_STOP();
  31. STM_EVAL_LEDInit(LED3);
  32. }
复制代码

编译，下载测试电流，进入 STOP 模式后电流为 155uA 左右。这不对啊，距离我们看到的 42uA 还有很大的差距。客户就是在这里不知道为什么了。
我们来继续查找原因，客户跟 32F401CDISCOVERY 板一样，使用了外部 8MHz 晶振，所以当使用HSE 的时候，PH0/PH1 被作为 OSC_IN 和 OSC_OUT。问题来了，当进入 STOP 模式时，HSE RC振荡器被禁止，PH0/PH1 这个时候就不再是 OSC_IN 和 OSC_OUT 了，变成普通的 I/O 口，而且是处理浮空输入状态。所以我们还得需要对这两个引脚的 I/O 配置进行处理。再来修改 main()主函数中的while(1)主循环，加入对 PH0/PH1 的处理，程序如下：
  1. while (1)
  2. {
  3. /* Insert 5 second delay */
  4. Delay(20);
  5. /* Turn OFF LED3 */
  6. STM_EVAL_LEDOff(LED3);

  8. /* Configure all I/O ports */
  9. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  10. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
  11. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);
  12. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);
  13. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);
  14. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);
  15. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOH, ENABLE);
  16. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All;
  17. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
  18. GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  19. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
  20. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
  21. GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
  22. GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
  23. GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
  24. GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
  25. GPIO_Init(GPIOH, &GPIO_InitStructure);
  26. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = (~GPIO_Pin_0);
  27. GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  28. /* Enter Stop Mode */
  29. PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);
  30. /* Configures system clock after wake-up from STOP: enable HSE, PLL and select
  31. PLL as system clock source (HSE and PLL are disabled in STOP mode) */
  32. SYSCLKConfig_STOP();
  33. STM_EVAL_LEDInit(LED3);
  34. }
复制代码

编译，下载测试电流，进入 STOP 模式后电流为 38.5uA。已经比我们从表格中看到 42uA 还小了，任务完成。当然，数据手册中 42uA 是在 VDD=3.3V 的情况下数值，而我们的 Discovery 板的 VDD 为3V。

我们还可以再测一下让 Flash 进入掉电模式下的电流，修改 while(1)程序如下：
  1. while (1)
  2. {
  3. /* Insert 5 second delay */
  4. Delay(20);
  5. /* Turn OFF LED3 */
  6. STM_EVAL_LEDOff(LED3);

  8. /* Configure all I/O ports */
  9. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  10. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
  11. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);
  12. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);
  13. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);
  14. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);
  15. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOH, ENABLE);
  16. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_All;
  17. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
  18. GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  19. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
  20. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
  21. GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
  22. GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
  23. GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);
  24. GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_InitStructure);
  25. GPIO_Init(GPIOH, &GPIO_InitStructure);
  26. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = (~GPIO_Pin_0);
  27. GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  28. /* Configure flash power down mode */
  29. PWR_FlashPowerDownCmd(ENABLE);
  30. /* Enter Stop Mode */
  31. PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);
  32. /* Configures system clock after wake-up from STOP: enable HSE, PLL and select
  33. PLL as system clock source (HSE and PLL are disabled in STOP mode) */
  34. SYSCLKConfig_STOP();
  35. STM_EVAL_LEDInit(LED3);
  36. }
复制代码

编译，下载测试电流，进入 STOP 模式后电流为 10.2uA，与数据手册中的典型值基本一致。

结论：
客户在硬件上使用了 HSE，而在进入 STOP 模式前，只对其他 I/O 进行了处理，漏掉了 HSE 对应的两个I/O 口，导致电流过大。

处理：
对 PH0/PH1 进行处理，进入 STOP 模式前配置成模拟输入。

建议：
在进入 STOP 模式之前，一定要根据实际电路情况，细致地对各个 I/O 口进行处理。




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