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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。
- \5 z8 g& O9 A, ]& W4 XSTM32U083x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。 & F0 l) H0 f; W1 P+ w
STM32U083x资源:
( h7 N2 c; W6 E' Q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- f7 C0 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。
# H8 p! {8 C1 X  S; y) {多达21个电容感应通道. j! u; i1 w8 E1 X4 h- d
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。
+ n5 s0 j) q$ S& n/ p5 |& q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, C2 W  U, }( D, `' R! DSTM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。
* T' x. u2 q, e1 i低功耗特性:
$ r$ o: e9 a' n/ S# @根据规格书STM32U0 :
, [7 [& v8 F; H6 P8 f*1.71 V至3.6 V电源
! b# }$ T; n3 n. ?/ @! c" l*-40°C至85/125°C的温度范围/ n" l8 z: {6 ^, P7 P3 h
*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器); l" H+ s1 O0 }3 E5 `$ [9 M
*关机模式(6个唤醒引脚):
8 d+ C) c" a/ w8 s8 G*16nA待机模式(6个唤醒引脚):' O: T! J: x3 I' u( m
*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA' A5 ^. e- v( s# H6 T
*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA; T+ J6 h4 U* U% k6 {/ W/ p  x
*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ$ N8 V) ]8 v& D
*批量采集模式
1 x( g: K. [# d1 C6 S. l; w*4uA从停止模式唤醒用户2 ^" X) S8 [# J
*断电复位
" Q. [! K1 S2 y& G CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。
$ g' ]: y# h' ], z; }$ k: j   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 L' E5 J  U* z) C
1). 选择合适的低功耗模式
/ f7 Z- C- k3 E$ _8 OSTM32U0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。. I" S4 d" h: H
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。
" v4 A* s7 _. S7 V7 h) z" D4 ?/ F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。
9 c  r2 ?& @" U" J5 ^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。
' R; j% |  `6 h; m5 @2). 配置外设
2 r2 L/ `: E6 m; M+ Z2 o. s; Q1 Q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。7 b; u7 R- R/ U, o
3). 配置时钟系统; o" t( l& I2 D6 W8 w
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。
& t) z" `* s2 m3 B! Y 1.jpg 1 p+ k' [0 ], t0 C; ?

3 f0 R1 [; m7 |+ L$ {4 `3 b, u0 j% X8 o/ t1 r$ B' ]
   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。  d7 w: ]. |* _- o" h2 j6 m
LED初始化- e: ]# m) j8 N' b. I
  1. static void MX_GPIO_Init(void)
    ! i$ P9 q/ d- q. J; M$ S; p1 v+ ?1 B! j
  2. {9 @4 b" `4 ~7 u  f9 K+ W; s
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};. ]9 \# N. T4 m: {
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */& _& ?- Y5 c4 Q( k( _
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */
      F8 e( ~+ z( L. V  u- ]

  6. ! }; }! m  ?9 [9 q% c% w6 T. c' c
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */
    ; }. C% ^: w$ l6 E4 `  m6 Z
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    4 e3 J& u( P) k5 d) X3 C

  9. . h7 I0 _, p) q1 M% q$ _
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    ! I; S  [8 ]( ^' T1 C* t
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);  x: m0 ?! }6 k$ B3 [- q6 x

  12. ( t. W% |, |* I
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */, S' B8 j+ }4 L
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;
    * h$ w' d! ~) H1 ?5 e( J: z; f
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;6 F2 I9 y! a- j. |/ l) Q
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;& f7 g, P" @0 V5 ~. {; k. ?: j
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;" C4 K# X5 v% p- V8 Q2 A
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);+ W3 d1 U+ R. Z
  19. 2 u1 a1 z3 f. I: n, Q3 R
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */4 K1 q+ x, y# p" u- P/ Q1 M% U
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */: }- g$ D! y; d1 f* t, W
  22. }
复制代码

/ _$ Q' k: a% d7 a1 F/ }3 a: H! Y. b# Y( {& u
: R1 |: _, @8 S! e) ?
3.jpg 1 t# g" ]6 n& u' p0 k0 x

/ y+ l! P5 ?8 d! O1 w
% U& b- @% l  l/ \9 cRCC_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 R7 B. j8 p# j7 n% Y
5 Z0 q( q2 ]" c- B: m+ w
- b+ y* K/ K3 k1 @& |2 v2 j. a/ ^
* P# [- w: x& v; m6 Q) V 4.jpg
6 l2 G4 P, v1 I+ e; d5 r4 l
* V* m: a0 S* l% E2 d" f* S
+ R9 ?$ N8 r: R. s' z+ f7 w4 w0 G3 l. r% S- S, Y5 W
小结:
, ?; L% n. p! }; 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。
. k% W9 S7 D" S. M  F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。
; F3 g; Q  ^+ ]) R( ~
2 a5 L7 I" C9 t; F3 a' w3 g$ K) T
6 C6 Q" J/ t  ?* {, f
( H0 K; q" K& k4 }
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