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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。% r- d; J* o6 V& C7 x, y3 t9 r
STM32U083x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。 
# e, Z. N( p6 V- s0 gSTM32U083x资源:
: j0 ?* i* W  {! w) j: \7 }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/ z" v( ~' y* X. c" z6 c' R' 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。: T1 g; V% i! c" H6 B/ S
多达21个电容感应通道
3 K/ a6 Q2 f. l$ |  v  `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。5 ?& z+ B& L, Q6 ^/ u3 S: 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。
3 }! O+ G1 W6 c3 Z! B6 `STM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。
4 [" h/ V7 Z9 q0 c6 M低功耗特性:7 H8 A5 W$ ~  F/ ~9 X0 t: M% [
根据规格书STM32U0 :4 T  }( C4 }4 v5 y- M
*1.71 V至3.6 V电源* G  R) [; i, X( B
*-40°C至85/125°C的温度范围
* S; v! a+ ]2 y) |9 ]3 ?4 D8 P*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)
& D; k7 E* g" q$ S* a*关机模式(6个唤醒引脚):& B3 B9 k- L/ ^2 O4 E% ^
*16nA待机模式(6个唤醒引脚):$ _# @( Y( k- t
*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA
$ }3 t" b( U4 E, }/ }*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA, F* f3 |( n! g6 j& N
*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ
4 P! u0 o* u2 J; h3 F9 p*批量采集模式* \4 c) W/ e! T
*4uA从停止模式唤醒用户+ P1 e5 J: p/ m7 Y
*断电复位
, q, V1 T( u2 \# P! @) _$ g9 _ CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。
, ]- F. ]% o8 o7 J2 Q4 _   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。' z2 z( m0 E2 ?
1). 选择合适的低功耗模式7 B9 ^1 t: Y! P) `% r! a# Z
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。  x6 s8 V; Y2 y. D" ^
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 b7 G/ I8 F( D6 Z
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( ^: p1 x: w! F) 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。
  R( Q3 F' J$ d& b+ I2). 配置外设
& w+ |. s3 _4 ?. l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。
1 ~# l5 Y- O; S. P3 F3). 配置时钟系统( Z4 x2 t* X8 `- i
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  s) e9 \1 L! [; V- G6 n- R
1.jpg 5 C3 m: Y( |. E# |6 F% e5 c
" ]* W+ q. o! P" L6 `+ s2 @( V

0 `1 Q: ?: t6 T# s' q0 }3 \! o   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。
  i' L6 C8 Y3 _LED初始化( o# f! j% I% u* y9 k
  1. static void MX_GPIO_Init(void)' q; [# N( J) i/ Z4 t% H5 J' o
  2. {
    5 @1 U# b  l0 T  q
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};* D2 E) y. r* @
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */7 b: J( c% D2 U1 f% I# S: Y
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */
    2 o5 O: v6 J+ |0 {4 K: W' q( U; A: H: w

  6. + S3 M3 d  q1 h: }; x% ?+ g& v
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */5 e) r) x. J4 E1 g. w
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();. \- w! I. Z0 A

  9. 9 z' a/ J' c- G! A% C% j
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    3 N+ z! ^5 Q5 G2 |2 ?
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    2 c* l1 k# @3 s+ Y4 M
  12. , s! K* L# n+ H( u
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */
    & ^  B% D( t8 {* ^- K
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;
    4 c" n  a3 T# k4 X
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;% m- _8 ~2 h7 w( f/ Y
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;, W5 ?$ U# ]6 v  o
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    4 p* I) ]' t# d) r0 z
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
    ( ]2 ]- J: e& t- _' Z
  19. 4 E6 A0 M: R4 A4 _- O8 b
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */
    ) E" B) |. r& k4 W
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */: M. O; X+ |. g) ~2 k- W9 O4 y  ~" O: T
  22. }
复制代码
* c! ]  E! }4 n5 H1 U2 E& v( o

( H7 H8 E# P4 U) k) N) ~9 v! O- |$ V- }7 M. q  E
3.jpg
7 _" ?# L* g; j3 |
4 k) M2 {4 ~+ @; }9 P, M6 i7 A% ?, J( s: N4 R- 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。9 s# p! X: M* S8 R
$ J4 C: c+ U5 ?9 |  m# t/ S7 ?
  p, f# O2 k8 a0 b. S3 M- P
) \9 F, V: A8 x+ j, [
4.jpg
8 M# N0 M- n# X
: [; [) F* F" h+ S! f
' _2 x/ L! Q0 }6 K4 p) l" n! H% ?" F; Y# p, V) p
小结:  W; L8 i! O, |0 k* L9 w3 T8 b8 I4 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。
$ \% b0 y  ]. L' ?3 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。9 b% z3 V0 K' z! h# o; l/ z1 l! @

  }# d& u! Z" C, P0 q) t4 Y' t1 P7 F4 o% Z

$ |" e& N8 j! k8 b; l- t- y) D( I
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