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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。
3 T( k, J8 Y% i# `1 n; iSTM32U083x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。 
. t% |- f1 W" M: c" H, }& ^1 kSTM32U083x资源:, K0 x  O, v7 l. J. N2 ?0 H7 d
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1 f9 a8 ~, j# z1 T
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; ~: B" ^9 h多达21个电容感应通道
$ ^6 T4 \) d+ U, D: Z( U7 \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。
- L9 p- L: R1 g# c3 \, m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。, A4 F" w9 Z4 h' L" x+ B% p
STM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。3 b" _' J( e- V+ I7 ^# _3 [% e2 F
低功耗特性:) ^- R9 V  s  t7 K) O" l" H
根据规格书STM32U0 :1 D6 Y; Z- U% B' {" x: K
*1.71 V至3.6 V电源
' Y  r" ?+ C3 s. H8 s' S*-40°C至85/125°C的温度范围. k: w: D' {  L+ a' ?
*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)" w8 k+ \" R! m! p: Z. V/ n2 a
*关机模式(6个唤醒引脚):
6 i) ?: H& Z7 a/ L* Y/ \( B*16nA待机模式(6个唤醒引脚):7 W, X+ ?4 _+ w3 B& v
*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA
$ L/ q/ {! V  _- B) _8 \2 S) h*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA; I& f1 X5 u  O* a4 x& D  C
*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ( a* a! r6 O) I. h5 y7 @
*批量采集模式
  h* j; A  t+ f/ T( X*4uA从停止模式唤醒用户
2 E! v3 T$ J  u* N*断电复位
$ Y3 p+ Q, G# q: x$ a: r CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。+ N' z* l4 L# Z3 q1 K
   STM32U0的低功耗编程主要涉及配置微控制器进入不同的低功耗模式,以及管理这些模式的进入和退出条件。5 G! i# ?# K* s* B- }$ G# C
1). 选择合适的低功耗模式; m+ ]7 F: d8 ?( ^
STM32U0支持多种低功耗模式,包括睡眠模式、停止模式和待机模式。根据应用的需求,选择合适的模式非常重要。( Q; _1 z6 G, b6 |0 O# l8 T
睡眠模式:CPU停止工作,但外设时钟保持开启。这种模式适用于外设需要持续运行但CPU不需要处理任务的场景。6 m+ e7 g' I: m7 \, ^
停止模式:所有时钟都停止,但SRAM和寄存器内容保持不变。这种模式适用于需要快速唤醒的场景。9 q+ w% \) c0 h; 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。
6 ~# E/ P2 t& I) ^' a$ b2). 配置外设7 l0 Q3 {! N6 p( v  G* s
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。. f! p0 D6 ~1 n& a8 x
3). 配置时钟系统
1 ]# B, E6 u( |" a, f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。' J( m% p' s4 s
1.jpg / W3 E8 J0 l+ M$ ~( }
; l. q$ p0 z7 Y; b/ S/ V# q
9 X; k% h& G; z4 n: X2 W, [. C6 c" e# f
   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。+ b7 U" y+ {3 P: O' ]
LED初始化- [9 Z' f: [1 s. E" v5 P, t
  1. static void MX_GPIO_Init(void)# P/ }/ ]) Y5 Q- @4 f
  2. {/ w5 H! s; g2 F+ {
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};% p$ Y2 h/ L, P1 A* T: _% ^# g( c
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */
    ) `2 Z; }; R" B) N9 @
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */- n, c2 _- `' X- d8 o9 Y
  6. ' k$ Q- f' c/ D2 g4 e0 @4 E
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */
    7 O3 c1 o, w: W5 v) ^
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    & k: q9 X1 D& g& ]" o+ H( S: l

  9. ! Q# _8 M& W7 a9 M4 M" B
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */4 |$ R2 A6 V: h" E; s
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);) u' \! q: z' ^0 W- b: J/ Y
  12. " k: M# E- ]2 h& ^$ [
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */
    + V" W& S  O; s+ F
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;
    ! M+ _7 e. w$ y8 q
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    * [4 a4 Z* p4 c6 Y
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;' n' k# ^/ O% Z. t8 l3 d
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;: Z, Z, N4 u( K0 K% S5 O& x4 g* W
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
    / I6 j5 \; o; y5 ^' x- S

  19. 4 n' s2 ?8 q: x- q0 N, Y
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */
    " w. L% @9 w' M9 i0 u+ b, z- k, Q
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */; x! x) Z6 b) |5 i0 Y$ \- U! K* s
  22. }
复制代码

  f3 d* d4 L7 u8 K# c# Z! S* M7 t
7 O; B, }% M9 k0 R: g; l
9 y% _0 l8 m, g9 s; H 3.jpg
/ ]+ O9 y( e; K4 h/ `4 B$ {
9 Y/ a6 B: i4 m" g$ c9 Z/ n' B  H, e' g( q* @
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。
5 T7 `7 {4 z; E; R5 `% ^$ R! g: |6 S+ [% e. L. l( @
/ m) a; V- m/ f# D, e

0 d, _" e; \  |- S4 f, a# H8 @ 4.jpg - _& \8 h2 u, \$ y/ b1 ]- w
8 M4 R) C5 ^9 [8 H# I- v* l
1 C8 O5 A5 H6 G; j, |0 k
  w" |/ v6 i$ s2 _) b  U* e# o  Y
小结:
; N' x" n% f1 E, e. l2 N    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 j, d  W" i$ W2 k& L
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。
6 J# t! E; T) J7 l! G
% t! Z! q- `4 M+ V) G# l" F; D" @7 R6 _5 `- D8 {: ?

* U9 T, z; V! j7 S: D8 g" `
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