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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。* K) x4 p) ~& J! f
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。 
) P1 W0 J* K( N8 r+ wSTM32U083x资源:
. j6 [3 C' O) [& L% R" S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, o# z0 w. K! K
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。
  [3 i% Z1 t% }& m4 s3 N1 H/ ~多达21个电容感应通道
  {, f9 c. [3 ^& D4 F( 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。
; D/ Y" o* B2 f6 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。" a+ u6 @* {/ m
STM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。
! @% r* ]- L. Y  f0 f7 u低功耗特性:
$ C% t; S7 k  E1 n1 j根据规格书STM32U0 :
% R  E* h, T. @6 [& W8 d*1.71 V至3.6 V电源: V. Q" M! O9 J
*-40°C至85/125°C的温度范围
2 C) g3 {, i# Y" e# \3 e. c5 u*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)! I% K) N) i+ E1 g5 P3 z; L
*关机模式(6个唤醒引脚):
* b6 _; O! J6 C$ d# i: E! h*16nA待机模式(6个唤醒引脚):
, @/ P; _/ |2 ~9 I& p' y' }6 W9 s*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA5 y7 O: ~. s9 ?
*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA  t% s6 y8 h: K9 ^  t
*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ
$ D( V) K/ S* E. L* O8 |*批量采集模式2 l$ v2 L4 Y+ p$ k
*4uA从停止模式唤醒用户! T: A" Q+ [: V, i/ l4 s$ x
*断电复位% D8 G6 L) e8 L) \$ Y
CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。
0 @+ ]8 z% t1 b/ i7 G   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。
# c7 c5 B+ p2 x& _4 o$ A' P$ @1). 选择合适的低功耗模式0 Y2 g# O7 ?2 n: 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。: s  x# N" I6 Q6 J7 U2 s
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。- `& m; K' K2 H9 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。/ V8 j! x7 s% Q
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。
* V& t2 g. q/ l. u6 A( `2). 配置外设
' p% R' G) T' R8 K0 {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。
( @+ @* h) V9 k/ j6 O3). 配置时钟系统
% y! V. q- U' I" l( q4 v( |* a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。& I; ?/ z7 e$ I8 L2 m$ N
1.jpg
1 I& h& l# Q! X' q" O8 x* B
6 k* ~* H1 u( L) S, }( o* t3 e' n) B" P# W
   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。
4 @9 [) {4 X0 Z9 G3 k1 i/ hLED初始化' R1 A1 Y/ S+ r( X1 w; f
  1. static void MX_GPIO_Init(void)
    , T) _# \; K, @' b- r7 n* H% B. `  R
  2. {/ b9 S6 Q0 B" Z' T0 }
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};- i& q& U6 U; i3 k$ c
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */# s) x# [& C+ M, k( M5 p. E3 B* y% ]
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */# ~( I! q' s9 N6 s/ _

  6. # q/ b2 A' o4 k) B7 }
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */
    3 J  {5 h% I+ E5 m
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();) y, K  s. r: u( Q
  9. ) D; Y6 Z9 a# b! n, ^* [
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */) I- a/ s8 q+ {' M5 ^* n
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);: Q; o% O3 s( M9 G, h% C/ Q

  12. ; W) J4 s4 [3 y9 R0 E% a9 l' ]6 O6 E' _
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */- H$ X1 O7 T( v( P; Y9 e
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;
    & G1 f1 `4 f+ h! N8 [# t
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    4 s( Y6 t% [" J- X' e7 A
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    8 X( D2 ~. W' q) E
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    * e9 v; h2 B# Z
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);8 _1 k" G6 E7 c% y$ C
  19. & D; Z5 ?( M% |* P- K
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */# n$ F3 k$ a) S: w% \, @" o5 ^
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */% J1 S, U5 ?1 k+ q
  22. }
复制代码

$ T1 D6 b* \/ h7 T, i1 [- v. s0 k# k- S$ z9 |4 q% d" ?
7 i4 H$ Z8 z' }0 h  u
3.jpg
4 }% ^+ n$ e$ z. A7 E! B: J; i; n$ \5 Y3 v
! q% ~9 m- r- \( \: x. v# c
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。
7 g* L0 Y8 y2 W& Z7 Z8 C  G' h7 T" L) |, x
: ]" i9 E* v( n/ j

1 H! ]2 s( u, e+ O9 p5 f' f 4.jpg
" E5 ?8 A  ?' t( a5 [' u3 V# z9 l/ b$ p, `
" J/ w' u" p7 O

8 b+ t! P- [5 j7 @9 b小结:
. O: o6 K- `( O% M* i) 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。
% m+ T  \0 Z' v8 |; S- I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。
3 }) ?0 d$ @2 [- Q2 r4 ^% f: o' l! X
7 n( o' o: \+ A! }% w4 U
  Q  v0 T' \) e2 n0 |! f
, ~; }; R# N: U1 O" G# D
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