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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。
+ [6 f* Q5 f: _2 z4 ]5 MSTM32U083x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! _5 B: W) K  T8 }. fSTM32U083x资源:& J8 U( A* l6 \
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9 N: P7 A  t: C. N/ U
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。0 P  ?. ], n6 q0 ~& n8 v- l& H) ~
多达21个电容感应通道: e6 o6 R$ W+ r, y) t8 z% ?/ q0 C% T
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。$ ]; u0 ^$ |- Y0 ~* C
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。6 S: D9 c8 R  [: M9 \+ b
STM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。
; v. {, N) w+ b' Z( t: V9 C- h低功耗特性:/ \; d( w2 [0 F9 ?
根据规格书STM32U0 :, f# f" {9 G# m' Q
*1.71 V至3.6 V电源' S* ?( B/ O1 ?' ]7 Y
*-40°C至85/125°C的温度范围
; F1 G+ K9 e4 |$ q*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)
: Y+ ]0 |  S( }1 i% r*关机模式(6个唤醒引脚):  t7 y# T3 W, W0 F
*16nA待机模式(6个唤醒引脚):( i6 h/ f7 ~$ }
*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA: G0 B8 G" [+ R) I( L" C
*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA
7 X; a2 U6 v5 ^: V. I*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ% g. M5 W! d. U+ Q5 O  ^
*批量采集模式% v8 m, \. ], g$ ~
*4uA从停止模式唤醒用户
( J9 j  J  m5 g; t! G2 _*断电复位1 b: r( c2 J" ~9 Y2 {' }
CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。6 Y1 x# |7 F- I( z: e6 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。
9 P, A4 Z/ b4 N1). 选择合适的低功耗模式+ x' M* o9 P& B. m$ l9 _
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。1 ]* D( T$ r4 m
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。' ?0 b3 o( I. U* l: v
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。4 D, t/ Q' A" w# g1 }
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。
# A0 L7 _& a% V& w% h5 m2). 配置外设2 n$ j* a. X9 h/ O% e8 L  @3 T
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。
+ s$ T+ ~8 O  `% q$ K$ T# X3 x5 r3). 配置时钟系统% w+ o7 `6 [! 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。
+ _8 P6 s& G3 Z) H- p( y 1.jpg , n) Z! w- |% `4 V/ u! A
% \; a, y! O% B6 J1 u2 q
6 W9 c- S/ @" M0 t
   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。
$ C9 ?, f2 Z, R! @. oLED初始化
( g7 S3 l7 q1 d# O) T6 h' H& h$ o7 E( c  J4 }
  1. static void MX_GPIO_Init(void)) v4 F+ y; u( [# Q; l) v/ x! B( s
  2. {6 O0 D0 n; X7 T4 y9 C# L; \/ n
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};+ _) i" i  H# p+ y
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */: E; s# U6 X* Q8 @
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */
    % `% x, G9 e  W

  6. 4 [' z0 i3 Y7 C* O. q, y( Y8 I  C9 T
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */
    1 m# z/ B3 P$ {2 z
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();5 s% z% {; X9 o( r4 O# x+ |2 [2 I
  9. ( h+ \( v7 \, _/ f" Z
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    4 U7 o# v# R1 P3 ^
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    : W6 @+ h% t9 m4 z: @, n5 Y/ d

  12. 6 d9 W. {7 C, O1 Q  Q2 L- V
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */8 H  P0 J! E) g- `$ h2 a" B
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;8 g2 H5 a8 Q& {$ N0 L
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;! ^7 o$ l/ v& \+ N' A9 D1 m3 p
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    . c! ^2 t! O3 C+ q% o4 u; y
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;: E9 B6 {- M& S5 _5 E& f
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
    * R' T' j! _0 @' E4 O% P

  19. 4 d& ?$ H9 @  Q" n  M* ?
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */1 B& ~& E1 Y* s9 k4 g: A. {' _
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */' C& f% e" H. @* A3 y$ Q% J8 J
  22. }
复制代码

' E8 e$ f6 F! p5 M; i
* B- O: t7 j' Q  D- [3 _; ]/ i8 e7 C, M% N4 c8 ~
3.jpg : ]+ H" Z" R! i  \1 B1 |6 @; R
1 @1 ~+ Z+ i# u' f- F  _

  ~" b5 ^& h2 O- W5 F0 C6 I1 ?) sRCC_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。
3 C0 a  U( _8 c6 j
7 M3 D9 ~4 X5 Q3 x2 A
1 U2 g; |; ]# k+ @. i+ B$ z7 ]6 ^5 v8 M7 Z' }6 B) _
4.jpg 5 L# ^: D$ T/ @- a9 T! ?
8 }2 f4 H4 w, d1 n
$ G2 S& W/ O) ]! V! H/ z$ c

% q: ]7 R) C" }0 U! Y7 y6 O$ ?小结:
4 X+ M- H( @/ z  F4 R9 Q) r/ z) ?    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。
% V; W" a* T4 l# P6 x) h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。+ o. O  a7 X/ ^3 r/ g
; A/ Y* c  D: r

$ h. D# \( L  W: U9 ]! z" S0 _0 J  l! g4 p$ W4 R+ n
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