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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。
/ u) g+ o; P# dSTM32U083x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。 
: W9 L+ y! t7 q$ x( v, }" ~/ @+ e4 z7 [STM32U083x资源:* T- W& \" p& b5 R& e% \
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
6 S# e' {- F; g% F- C* @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。* X8 J: \. d# }3 l2 \5 \5 W
多达21个电容感应通道* l8 P/ @$ U$ W& E: k
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。" O) i. T' G/ ]; Y0 i
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。
% |5 D" c- p2 b# E2 ?  V" nSTM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。
8 f3 @% D% _% ~低功耗特性:
7 T8 U2 w1 Q5 l+ l/ X$ A# k1 [根据规格书STM32U0 :+ f2 h8 g" L! u1 q: a  l
*1.71 V至3.6 V电源
) F. N6 ]- B: U8 P9 x; D' h*-40°C至85/125°C的温度范围5 a  U; k/ `4 }
*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)
2 z6 ]9 z0 e* Q& E! d*关机模式(6个唤醒引脚):3 E+ Z" k0 g, H: L
*16nA待机模式(6个唤醒引脚):$ [5 q: T0 V1 ~0 M
*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA4 g! K9 r$ x$ f: J. }
*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA
7 B7 \$ e3 K- W*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ$ V- K) J9 ^6 w7 O8 ]
*批量采集模式
4 `6 a) M9 Z. z2 a*4uA从停止模式唤醒用户9 O1 g! f3 [+ _5 L6 K
*断电复位+ z- l  P) `! g
CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。2 Y$ p" C" k* e- r2 \1 H9 i$ B
   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。+ B. P$ M( w2 [  Q! x0 g3 |: H$ i, d8 L+ }
1). 选择合适的低功耗模式( b  |0 c& I7 @
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。( a7 G/ b. y4 z+ M: o
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。
3 [- v8 k5 \( A* m& m$ Z& p- q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。7 P0 h9 |# y$ r
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。
. P# U" s. c: b2). 配置外设
8 Y+ k# y. F# O0 h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。( d! b; V+ t0 Q* h# C3 ]6 C
3). 配置时钟系统
* G2 T+ I$ f' @$ q9 @, m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。# u- v7 t+ H: t2 ~
1.jpg & v2 }6 Y3 s1 a; d
3 r7 _! y  Y/ x2 t
7 v6 j. C3 H4 R7 y2 J
   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。
: Q1 H' `& o& BLED初始化/ P9 o+ ?/ H* ^( u2 U
  1. static void MX_GPIO_Init(void)
    7 |6 n* v' F/ Z8 y
  2. {
    - b+ u/ M. A# H
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};- I5 S. s2 ~+ H+ i! Q$ X% y$ `
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */
    % p1 a; k3 y6 K3 L1 n, f
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */; h- e" R" d% h& @) ]* x

  6. 7 Z0 g' [/ j5 h( b: p
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */
    & `' S* h. |, i  v0 b0 b- A
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();% s0 ^- f' V& V" l+ w

  9.   r( l. @4 y( h" Y; O& {
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    - U8 E6 M( l$ j6 w  Y+ [! f
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);$ z* w7 N% u- w6 b. C  R
  12. 8 K; N7 }6 s- b5 R8 t* D0 w$ W( ?
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */
    3 h8 v" k/ X3 b+ \1 d, h
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;
    1 u- K# C; c* O  o3 `! T
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;+ i4 H, A9 {4 _) f8 t+ m9 N
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    ! {6 Z' v$ }' B; `
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    , P, S  e( U+ t- n1 O" j5 y1 s: U
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);! T' o7 I" `9 J% L+ _

  19. 3 @: \1 F8 K; ^( O7 s& {
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */' b/ ^1 ^& e- H' V
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */
    6 p3 k+ j  Y) `9 M+ @5 H  m& P  g2 U
  22. }
复制代码

( Y+ C# `7 B, r& o) [/ f1 m9 a' q
1 z  T8 Q9 ^, E+ Y5 l
3.jpg
+ N9 K7 R- x5 s+ ^8 w
7 s, \( I8 |1 J  e  Q% }  n7 }9 K. P  g
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。6 Q7 s1 o  \& D1 k& V/ m7 i

# F( a8 b* o- o% }. a7 Q: P. m, b$ u
1 U) z7 @/ x" b  t, u4 C8 G* G( C- \% W" X/ Z& b
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3 X+ ^. D+ q# G4 y# D  D/ r2 E% N9 j; u6 s, Q' }  X) V
3 V6 b3 L, X/ z# N

3 T' x' o$ Y# u5 w# M6 Y小结:5 n, ?) h3 Q: X9 z5 C. {
    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。6 S8 \# \9 v. Y$ T8 y1 |' h2 Y: i
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。  f) ~+ Q; y1 O4 \! _
" P. h& N. T; j0 p5 T2 P1 [
* ~9 K9 M4 ]+ N+ d. J. R( q% T/ g
; ^5 w3 p, e6 b1 v
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