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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。! d; L: u" m: c  l5 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。 
2 Z" {9 \; V6 L3 MSTM32U083x资源:
( r/ r8 |. i2 U& A% z' ~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
$ E3 B! P' a. B6 H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。
' u5 H' J$ \  ?多达21个电容感应通道4 a( f9 T0 R( x* p7 L% b
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。4 z" _0 D9 [0 S) A0 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。% `" ~; F$ }8 v) t& |8 x
STM32U083xC器件内置了一个AES硬件加速器。
7 B+ a2 G9 j" c% l6 v5 T* x( C. C低功耗特性:
/ y8 [6 V. K- }! d根据规格书STM32U0 :; T* t5 R( {* s3 ~
*1.71 V至3.6 V电源0 E  @, C3 q0 U& W' E3 m3 y9 H
*-40°C至85/125°C的温度范围
2 w1 s1 [' r; [0 m. L1 T, K*VBAT模式:130 nA(带RTC和9个32位备份寄存器)
) }" N! W( k8 Q9 ?8 v5 {3 ?*关机模式(6个唤醒引脚):
1 w% X6 D1 o2 |# j& M4 R, @6 b*16nA待机模式(6个唤醒引脚):
6 p2 \( [2 p. Z8 |! a3 q*带RTC的160 nA,不带RTC的30 nA2 h4 n8 q# Q& O
*Stop 2模式:带RTC的825 nA,不带RTC的695 nA
4 h6 X  t, z& C' E3 M*运行Mode(LDHmode):52uA/MHZ9 ?1 W5 `9 A# t9 s/ K. R/ |
*批量采集模式5 Q$ f# k  r  T) C. W( u: w& @
*4uA从停止模式唤醒用户
; C& Z) T( S; g*断电复位- o; C* |& U' L6 Z) E+ u# C# t" D
CubeMX  需要升级到6.11以上才可以对STM32U0支持。8 M9 j7 d8 Q: ~" p, Y& n
   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。: n, s* g8 i+ ^& D* [, Z' a5 `
1). 选择合适的低功耗模式6 b$ E3 b8 n5 [6 l/ t' z4 c
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。1 z$ E5 w+ U8 @! 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。* n. F1 Z$ X: I4 c2 B1 i
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。
  l* j& L0 y  G- d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。0 i: b+ }( q1 @' t7 U9 S7 x
2). 配置外设
% J% x  P8 B. `0 r( M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。0 `# a/ k& w0 V: {' q
3). 配置时钟系统
% i1 @$ d3 r, `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。  c! S4 e* A1 F' [1 u0 z# k
1.jpg ( S" Z& w$ f$ `* E- T) t

; _. s, B6 _7 Y2 Y7 c. E/ Z) F, {% K$ v$ d5 i; y4 @
   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。5 G+ G. @( N4 z- C( S
LED初始化
8 E' }1 y, x  M) e
  1. static void MX_GPIO_Init(void)
    ' R' @4 r. S$ E
  2. {- ~. ]6 W: I( x% q
  3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    . X/ W; J: K9 n* ?: f) a9 O4 Q
  4. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_1 */) e* U, x0 J- u5 W6 t3 D
  5. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_1 */9 D7 g. X5 j/ o- U
  6. , W  h0 F: e1 P  w3 Y, c+ Z
  7.   /* GPIO Ports Clock Enable */$ @/ R4 G" X5 J
  8.   __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    # x) `  R* Q6 A( F

  9. , b# ~( ]. |) ]
  10.   /*Configure GPIO pin Output Level */
    3 W0 B1 Z8 g+ x( C  P
  11.   HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);; D5 P, j4 h  E- ^5 q9 N

  12. : e3 i6 I) h- Q+ V9 b
  13.   /*Configure GPIO pin : LED0_Pin */" z9 z0 ~7 r+ L; ~& \
  14.   GPIO_InitStruct.Pin = LED0_Pin;* z1 Z5 G! _( d. |7 E
  15.   GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    6 @/ J9 T9 I, Z$ F0 o  I! i  e$ M
  16.   GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;: j$ k: e5 U. D5 l
  17.   GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
    - l8 I/ T' ]9 u2 `0 ?3 u
  18.   HAL_GPIO_Init(LED0_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
    + t; M' X) q6 I

  19. & g& n0 l! |4 P( m
  20. /* USER CODE BEGIN MX_GPIO_Init_2 */
    : k7 g7 y- G% d1 r: D' ?
  21. /* USER CODE END MX_GPIO_Init_2 */
    1 J4 {, I1 _, J# Q4 C3 r& g$ ^
  22. }
复制代码
1 |: \5 |) l' z# n" z) ~
# c% c5 Z. ]; X9 c; d' C

9 d, y+ C0 ~6 {& Z/ P3 T& `- K' q; p* k 3.jpg + G/ ~7 V5 Y( D

+ ~$ }6 _% [: A+ V  E3 F1 h9 U1 p; H
) U! Z3 q0 P& b  {+ A+ m8 P* URCC_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。
# o: Q& ?7 E( V% b5 \$ c
9 O  C2 Y' y$ \" `7 D" F' U# z- P0 ^0 Z
0 Z: `- ]) K( p; y
4.jpg
0 j9 u% v1 i% T0 P( g, n2 a% V$ `2 O) M( x0 {( I
* ~3 y0 n% I/ Q* v
$ m: ?5 k. x3 h5 n+ K
小结:
, A5 R; z5 q4 K% r6 _/ t* R    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。0 s- M# |) N" |# u
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。
' u& ^; b- X" s& a2 |0 C8 b
. d9 L  G3 Y& ~1 j4 u* U6 o1 p' p* _5 N) S
, T+ `0 m/ Y$ U6 H6 \
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