【NUCLEO-U083RC评测】MSI功耗测评

[复制链接]

马晓天发布时间：2024-6-19 14:37

文章
文章封面:
文章简介:	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。

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。
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。 
STM32U083x资源：
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
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。
多达21个电容感应通道
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。
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。
STM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。
低功耗特性：
根据规格书STM32U0 ：
*1.71 V至3.6 V电源
*-40°C至85/125°C的温度范围
*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)
*关机模式(6个唤醒引脚):
*16nA待机模式(6个唤醒引脚):
*带RTC的160 nA，不带RTC的30 nA
*Stop 2模式:带RTC的825 nA，不带RTC的695 nA
*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ
*批量采集模式
*4uA从停止模式唤醒用户
*断电复位
CubeMX 需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。
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。
1). 选择合适的低功耗模式
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。
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。
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。
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。
2). 配置外设
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。
3). 配置时钟系统
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。

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。
LED初始化

static void MX_GPIO_Init(void)9 V% u( j3 z8 @
{% M8 c% i0 [8 o' x$ ]5 ]
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
' W8 g" P6 C* L% L' D
/* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */; ?! L7 i" l9 X2 T7 v) j
/* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */
/ p% a/ z! L4 C& n% Z- x V
$ t; B5 w' _9 j* ^, u1 d. N$ \) }
/* GPIO Ports Clock Enable */
# h7 l, q) D) `+ y" Y* {$ B
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
% d% l, S5 w% Z
* b2 O% _* B( v4 Y8 s$ C
/*Configure GPIO pin Output Level */
' n* S) U9 w* W6 u' j) C O( M
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
* X/ A7 H3 P D$ w2 C& V
; r; t/ N4 m5 ]
/*Configure GPIO pin : LED0_Pin */# y0 Q2 x& f d& s, m3 M
GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;
' M4 e. t; i- B3 h7 s
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
4 F' l9 X& p$ ]( p: o
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
9 W) Y% V+ E, K
HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
8 h6 G# R- r/ Q1 t, D9 F
- s' b3 [5 i4 _
/* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */
. c! u3 f# J3 ~: M- }$ M
/* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */3 h) _5 ~3 E8 P& K& y! c
}

复制代码

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。

小结：
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。
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。