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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。- L5 A& d% V( [, `3 K2 L2 [
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。 
$ {6 S! N( n6 H5 ^4 k9 M: cSTM32U083x资源:
' m, w5 Q& _* ?( {: n6 g0 L% N7 C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0 ], c( a$ x# O, ]
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。* Y5 t& e9 h! \. P
多达21个电容感应通道
# V4 [  }, N9 ~' }" \, |; U) f2 k6 n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。
& r1 ?4 i1 X7 w, e: N' c3 s/ X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。& L3 F* p  C' J, p& K
STM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。
: N$ |9 `" X* q  o低功耗特性:2 q) f1 J" k* `4 f5 `# g
根据规格书STM32U0 :3 g- C; P& \  g# c
*1.71 V至3.6 V电源+ v: z7 O$ N! ^1 _/ z
*-40°C至85/125°C的温度范围
" m6 L7 }9 W  W7 @" [* ^/ J*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)* I( ?( x; L" t. w/ {/ o! e
*关机模式(6个唤醒引脚):: e# |2 ?" }1 t, F2 T
*16nA待机模式(6个唤醒引脚):
( s! ^- n8 c$ v*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA
: B  }/ a3 Q0 _/ o*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA
+ Y7 Z- p+ U3 m: }) y*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ
; r1 C, B0 z9 A  Z*批量采集模式- q- e, _# r! s, l" H$ H& U
*4uA从停止模式唤醒用户$ b( F* I% V6 U6 G
*断电复位2 M# O% A$ }" f0 O; h  v) o
CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。! c) e7 {7 O, Q. I9 G2 \
   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。
2 u2 Q  r4 |1 Q6 @# L; k" z, C1). 选择合适的低功耗模式  N  O, d$ e4 }8 m; A
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。" q: r6 p5 r( E
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: S5 G( I. k% v7 B# }
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。/ h$ L" r7 u  g; B- 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。! e& e" H: e9 o. {, y& b3 Q
2). 配置外设
6 ?: T2 W, q3 j# z$ [! ^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。; U* [% V: ?5 ~6 u5 r& O
3). 配置时钟系统. I3 s; }; K* |$ X1 v+ n' B9 X
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。
! M# o) E$ G3 W6 Q" I. L% A$ d 1.jpg 1 u2 a, A% O/ X5 ~8 ?* g

' R6 D0 R9 Q( s- W$ V' k+ m, \& \$ o' D4 a
   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。
8 M' m" l& G6 t9 }; BLED初始化
! d6 n0 D& ]$ Y
  1. static void MX_GPIO_Init(void)
    ( r" C+ I9 C' @, y. ?
  2. {) ~9 U! A1 @. M( \$ Z
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};  g! l, V1 b, E/ `( o
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */' k5 @7 A* B# I* T$ z  [
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */6 l" ~: ]( @5 T3 n5 P" o

  6. 7 z, @. E* O% g) A- Z
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */
    - X# N' i, r5 v  r
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();2 T$ O) W2 E1 M6 k: w; O  w
  9. ) A* O6 N' e) W4 E
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    6 r2 D4 k1 {! J1 ?- G
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    $ R% F6 d# G9 o8 y: G
  12. 1 k# a: f( G/ Q  t1 z( H! v/ j
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */
    9 u# w- t3 n9 F
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;
    7 C4 c$ i% e0 C( @  m5 z: ^
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;2 M1 C/ h; J- _3 I( i2 c4 P4 d; d* i
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    ( e* u) {$ T" [1 k; p
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    / O) t( k- [5 N: m2 @
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
    2 H, v( F0 W( p9 h
  19. + f$ w/ Q# R8 I1 v5 N) F
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */
    ! [# `1 O6 Y. E4 ~* ]) P
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */
    4 `& R. }# r; U$ Q7 ?& |/ s
  22. }
复制代码

9 v3 M% H6 D+ W; E' D  T5 F! y) _: V: r4 s: v$ O  E# {
& R+ H2 G- t4 y8 H6 s; H
3.jpg
6 F' c2 B7 E- r# R+ P
# q- j/ }; O( z% k6 W# N2 a, N
% A: }3 ]/ z2 B# ]4 XRCC_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。
6 b# z& Z  [0 ?& H4 ]& [; P9 `
$ g1 L' s' m1 \
) @, ?( z! o- o, U- T  i1 N- r& W+ ?; i) |! t* H! K1 A5 J) n
4.jpg 6 g# R3 P! }" Q; F0 [
( C8 m* q) }* f3 m9 C0 D

# H5 F7 t0 o/ p! I! o5 z( v
. Q) P- ]- U3 m5 W1 ~1 {5 a* b小结:
& _  Y3 A6 K) @) o4 D' }9 w+ `2 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。& N; T. t, ~& g/ \4 f% n
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。
. Z4 c2 x4 l7 }
: Q/ G6 B# M9 c$ w9 k
, l3 z8 h5 c: n0 Q( }2 g
6 Y. I  W; W+ t9 y! }: k  L% u
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