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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。
( O3 Z/ B0 |/ G! z( qSTM32U083x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。 
" v, e, w/ o4 uSTM32U083x资源:
5 E% J1 p+ f8 n: L9 V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
, f4 X8 Y5 d7 z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。
! H. q3 {' j; G. X2 {多达21个电容感应通道2 `. z# }8 D3 C) T( 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。: H, a5 T$ ]% @3 ^) \8 P
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。0 f" l6 |- n8 h6 X$ y
STM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。2 L1 X2 @- j& ]- e% O5 P1 h
低功耗特性:$ l/ Z" K' p$ R2 y, I
根据规格书STM32U0 :
3 X; o1 T( ^8 S+ x2 X8 ]*1.71 V至3.6 V电源
5 O7 H2 `2 K1 l9 L1 {4 g*-40°C至85/125°C的温度范围
0 J2 J/ K4 \# ~*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)0 F0 p) h2 m. S
*关机模式(6个唤醒引脚):
$ v& p7 U& Q4 m1 {2 q*16nA待机模式(6个唤醒引脚):5 I1 g. t: a, U3 V7 y3 t0 ^6 i
*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA1 f7 {$ Y. m8 w' @) P) ]
*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA# |! }5 G* [. A, ?6 N
*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ/ o& T6 M0 M/ G# w8 c7 a
*批量采集模式
: ?6 Q5 o$ i1 Z) S& l" ~& \* p*4uA从停止模式唤醒用户. v) X+ J, j$ ]7 E& J1 n
*断电复位( @- u) P, l5 z
CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。
" ]0 v7 H) q$ p. [# E   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。
( s+ K* v2 k+ _. L+ Q1). 选择合适的低功耗模式
5 G& R+ X# O- w5 s1 N6 YSTM32U0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。, J" q; J, }1 T2 V9 J  }  r* V" T2 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。0 }" Z1 I4 p3 y: I: F5 ~
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。
  V# z( |$ M3 _1 X1 s  E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。
7 k+ r3 K0 S  t2 W9 \4 Z2). 配置外设9 J/ V" d4 p! [
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。" R" C- x- s( `; m& v
3). 配置时钟系统; Z1 M# w" x+ f% E0 l
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。+ E& q: |6 O7 r  A8 _8 ]3 X
1.jpg
8 n& x- r+ s, c6 X2 X3 ?5 @7 I  J- @* Z
! `- r6 b7 O3 |7 C9 D) |! 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。' y, T0 t9 C9 O* Y
LED初始化/ K8 ]+ b4 p7 R" H% T
  1. static void MX_GPIO_Init(void). A6 q- Y0 ?( x, Y% f
  2. {
    - Y" S; s$ @) R5 Q7 b5 d
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    : U4 T5 P( v# L1 b
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */
    ! F0 G. Y" `2 Z( G
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */
    2 R: V8 g9 }! V. D+ I; v

  6. 9 K8 v3 x& p6 I& |0 f1 A# Z
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */! M( [( k/ r* {0 r* A2 ?
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    % g5 I, L; n. G+ Y4 `; `2 a. x3 T  Q

  9. 7 T+ A3 o+ h+ W9 C
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    # M' G3 q$ D& `9 T/ K
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);' e( Z+ S& t, R

  12. $ E( Z: J) C' A2 D0 q" m( F
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */. y' G" N) a# d1 ^0 {. V, j) }1 x
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;
    " |: I8 [& A4 S' G$ s8 o
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;. E5 W; C6 @8 X, X
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    ! x' |+ l, [% c3 y4 V
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    $ Q$ t6 w* `/ C5 @0 A% M
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);# Z/ Y! \  _5 ]6 Y- P1 j

  19. 1 h1 d0 \. q" r: t3 A
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */$ t4 h0 y1 [9 x4 ]( i# x
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */; d! B0 @7 J7 b4 x
  22. }
复制代码
  n8 A6 e$ V5 D7 ?8 o6 q2 x: j
  n) b, B! W. z1 `6 v: c% I
+ C) |1 R) t; Z( s
3.jpg . r: U3 V% u# |/ k9 e& s$ l
9 J: Z3 n: N: u. M& I% w

6 I( G7 u" u4 hRCC_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。
; i; ~' y4 w( Y$ Z
4 P8 p1 u6 q" p' g% G
( ]2 Q) g" `8 ?0 R/ ^5 b: p5 l  E' t$ U" i, `" @! O2 s
4.jpg
6 Y2 K  k5 q1 i# E9 y0 t
+ R* M; k/ u8 {& Y, n2 O6 h9 O0 i& o
, E# ~! O0 t5 [. s+ v# r
( n, Y% w# J' J. ?% Y- [' o小结:
5 n- a' z+ h/ y: 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。4 K0 M5 o& `* e8 X
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。
5 }) \1 N; U; @+ I) r4 ^8 |$ _" k) y! B' w

$ N# x; N5 T2 T) ~9 m! `" ]" b. X& q4 S
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