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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。
8 L  [9 J6 j0 E& ^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。 
1 x% h4 L9 x% b" SSTM32U083x资源:
$ |5 \" y5 V6 |/ t$ y& E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6 J& C' r* t% z  G8 x! x5 g% N& x
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。2 ^6 a5 u2 Q# u% E6 ?5 ?5 b9 O- N
多达21个电容感应通道+ M7 m2 V0 {; B' e. h, \
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。3 s: \) y& z+ e* S* h
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。
; `- H/ K0 `$ E! F/ N, b! YSTM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。% Y9 d5 Q1 P, F7 o8 V( e
低功耗特性:
6 `0 \( i6 N1 v( ~根据规格书STM32U0 :5 }& O! g2 i# s, B2 b$ n
*1.71 V至3.6 V电源# ~: @) N& A7 ~
*-40°C至85/125°C的温度范围
; B! E7 i7 S8 Z9 R/ K*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)
8 m2 j. J0 a# e' I, k9 s0 Y+ Y*关机模式(6个唤醒引脚):* O9 [" N5 C+ @. k
*16nA待机模式(6个唤醒引脚):
& h+ }" Q! {+ Z*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA
/ T* L2 D5 i' w5 G& E4 _4 c4 s2 B*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA
3 }1 ?* I( A$ D$ d3 _* F*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ
1 |0 Q5 u" e9 Z, ~; R' U*批量采集模式
$ e' P2 `+ L$ r2 @9 N' }6 H*4uA从停止模式唤醒用户
* Q# U+ G! L4 t% o*断电复位
- a4 i* L2 u* f7 r4 [# _: o CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。
' k6 h1 K5 |& u$ |! s+ T   STM32U0的低功耗编程主要涉及配置微控制器进入不同的低功耗模式,以及管理这些模式的进入和退出条件。6 V7 p% |- ^& q, c, A8 W( {
1). 选择合适的低功耗模式/ l  p  U. u8 h' l. D% ?& k( `! N
STM32U0支持多种低功耗模式,包括睡眠模式、停止模式和待机模式。根据应用的需求,选择合适的模式非常重要。
* @8 d0 U% J. o' w% L5 X睡眠模式:CPU停止工作,但外设时钟保持开启。这种模式适用于外设需要持续运行但CPU不需要处理任务的场景。
- I9 l$ b. @3 c$ t9 y停止模式:所有时钟都停止,但SRAM和寄存器内容保持不变。这种模式适用于需要快速唤醒的场景。
9 A: _; z- P8 N/ ?8 L5 N/ ^待机模式:功耗最低,关闭了1.8V的内核电源。这种模式适用于长时间不需要工作的场景。1 _2 L" y, r& A5 ~1 r
2). 配置外设& H. b- \) N' y* C( 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。) A/ }/ ~' x' F1 L9 l" V5 T
3). 配置时钟系统8 G. G' C7 R8 y9 x) ]1 ]* H
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。
  P; H  T  N" C6 J( Q' G9 T 1.jpg
7 X  q# m8 L. T5 P0 d5 o$ m+ @0 i3 b

( b+ {2 [4 h# x, D; d   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。
" R1 O9 B+ {3 d+ t/ z1 u& PLED初始化
/ v) _' h3 I5 L5 D+ q- b5 O" S6 }% e" p
  1. static void MX_GPIO_Init(void)
    / S  c: D- ?' P
  2. {! x" M6 \3 s* _" v
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    1 }- }9 B$ y$ B0 u$ Z9 P% }
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */
    % T" P5 d9 X- O5 B, B% j5 m/ k
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */
    ; P; G) K. Q0 _+ i( D# o: p: J

  6. 1 @* I7 z" C- `8 K# c- \3 v
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */* X) s& ~& J5 R8 e9 R4 }' X
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    3 ~+ _  k5 c  N9 C( F
  9. 5 f% @: N! e$ Y0 C! o
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    1 |! y4 x' k7 u' e
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);4 B; A" _" o. h9 e$ [3 `
  12. * \& U- U2 k  ?) }% \; @% X0 ], j
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */! p2 ?( G: m/ @
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;" i- [' O# J7 L. l$ b5 v4 C( C% J% I
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;5 X. M9 r2 o% V5 o3 ?/ e# A1 _
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;7 j, e- ], K- I- o- B
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;& g5 u  I5 S  e& o  d6 m+ E
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);! K2 E1 \2 ^1 t" w

  19. $ W9 j2 c6 S* M9 Q
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */7 [9 y9 C4 X6 W& z
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */
    - l' g# c8 a$ W. M4 E6 T
  22. }
复制代码
" P2 Z8 y' W+ Z/ p( @4 c! E
) Y" j( r) |2 l) Z
  y5 K6 x. c1 ^, j: C
3.jpg . A# D& P& V, A2 _3 r# ^

! Q  y2 ^; W- X( Y+ |9 t
4 A1 v, }# f% s; v$ i( nRCC_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。
! y1 W& U  y8 p8 L" q% H3 t' A6 }5 ~  W! ]4 v" p; ]! E6 N

2 \' E! C/ h7 N6 Y/ |0 }( Q: N. H1 Y6 X8 m( W0 v# R. z
4.jpg % D/ u  G% h" ]4 T1 K' _

, _$ r5 _0 |3 P! r* Z) Z- U, c# O
5 I3 Y, ]5 J4 c. Y4 |6 ^
. m1 _6 \. g( b: v# c小结:
( S+ u5 B0 d8 j5 M    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。8 N) k* s8 `- X& G1 y. R" _
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。
  T3 m* Q, P7 Y0 g7 q8 E2 E8 d6 L
4 |; p( @) `. r

8 Z: ~+ j, n# g, K5 T1 M( ]( T
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