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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。
" O" u1 A+ E; m1 t$ CSTM32U083x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。 % x3 b- f, `; [
STM32U083x资源:
. S  I0 ]" E5 R1 v7 u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( ~2 l1 G  l, z. z) N' `
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。# D0 [" n6 i& G4 m7 Y
多达21个电容感应通道
' N2 r+ C6 t. I  ^* V( o5 ?) N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。0 j$ {" l8 M4 ~% \7 z  P6 m# e; [/ 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。
# ]* g8 G$ N2 ^) N4 N  q0 D& J% SSTM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。
, r% t% b: `7 _# L+ L9 K低功耗特性:4 B( W8 {* Q3 g4 ~
根据规格书STM32U0 :
) O$ e$ q/ m/ ]*1.71 V至3.6 V电源; [5 d& ]5 y' f, |: |5 @
*-40°C至85/125°C的温度范围. a8 g: g3 y! s7 }, G
*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)
* [" q( {; y% W9 W6 Y' p' _*关机模式(6个唤醒引脚):2 `+ @5 V( ~: f. j! H
*16nA待机模式(6个唤醒引脚):0 a3 a. O- P  x
*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA" `% ^4 A9 U; M& C/ v! K" m
*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA
* P" `* T  |! ?1 W*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ  b# ]4 R1 |. F8 o& C* [
*批量采集模式# R5 Z) h4 P+ L( f# @
*4uA从停止模式唤醒用户  `7 [4 G5 Y6 [) o, d
*断电复位
' N8 G: ~5 C3 D% U7 l5 C( \$ W0 ^ CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。
6 ]% Y2 \& O7 ?" }# x   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。6 D# o# N0 [% y( C
1). 选择合适的低功耗模式) \( p% v5 |/ v
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。" F+ W) W9 W/ l* }: a
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。
& N& N  e7 y; Z: M1 O7 N( ?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。
  r" W8 }' |8 P& x/ U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。
5 Y# m2 Q1 h  P+ H9 \2). 配置外设2 X' r  d- N; P  u$ y9 }
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。0 r. J; v$ S5 t  v: d
3). 配置时钟系统# l; k8 _& K  F& G( Y  ]& ~
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。5 E9 [+ D6 U8 G2 p; o1 a
1.jpg
, _' o% _' x9 ?5 \4 K; v) }
) G) Q: `; N$ B$ @% D0 t% n' h$ ~
+ V+ O% F! V+ L) \2 E- 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。
) ?- }# B' q& Q5 m, G3 wLED初始化
. e4 S  @3 @1 \
  1. static void MX_GPIO_Init(void)2 x- [. V: b5 W+ M, f
  2. {
    6 y, x, L$ n( F# c7 }) }# R8 Z
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};% ~7 O, s) H5 }
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */5 M& G# @; n6 `" @% T! x' w/ W. u1 k
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */
    ) c* X" a: r7 a/ t4 p
  6. * d* Q4 [2 e$ G, G# z1 u
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable *// ^8 k% Y% D' T- E( w
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();7 x" s7 Z! G3 n
  9. : Z. J  S/ P2 C) V% ^0 Y
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */5 u, W$ h8 i2 N7 E. Q$ v( b
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    . J1 m9 y* F: `7 H* |1 d+ |
  12. 9 F: `# F( s5 d  s' [2 R
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */$ r( K# t; i- T: u7 E7 Q3 M
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;) f, {0 M1 j% h( C$ K) d2 \5 G0 ]
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;7 p; b/ e3 i. d  ~5 b
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    6 k' S& G7 g+ W5 @* r8 q  T
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;1 ~2 x5 h9 O3 G
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);7 {3 g  ?' ?- u0 w/ Q* s! [
  19. * ~& o+ c; m# e  F
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */
    2 j$ M6 }3 c! I6 v! c9 R6 L9 K4 v) ^
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */! A* N2 ?4 M0 Y# ?( a
  22. }
复制代码
) h; ^0 r$ g- l) h
$ K, H$ J: h: m* V) H
3 ^" @5 L7 L8 G) K* d5 v
3.jpg
& _9 ?- `2 q; e$ ^- y5 ~) N' m, b, Z' O

/ S" C& ~: Z6 j/ 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。
% |6 r! s3 u4 p! D8 f7 u! S+ V( e/ |& W4 H8 L4 H* e3 j! k+ k4 q

+ m; v9 `: C+ o+ ?# E* |' [* J" h% r  K- M( {% W! N& y
4.jpg . r( P% v8 V3 Z9 D1 X  Q1 n( U' i/ a

" O3 S2 _- J8 E" s: p- Z- T! `+ D8 q" u0 G1 z  y
# v! v* ]( N2 x- c' ~% t4 E
小结:
& c/ O& r9 m: k& p. `" \& @    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。
# p2 ~) @0 c5 |% g7 y, Q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。/ N5 N$ n4 J$ f6 D( ]: D

! q7 m% o  |$ u( s, q6 q# c+ b* @  p2 H2 q* u; ]. d+ P
! w( |, u% ?2 I; u
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