正点原子【STM32-F407探索者】第二十二章 待机唤醒实验

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本章我们将向大家介绍 STM32F4 的待机唤醒功能。在本章中,我们将使用 KEY_UP 按键

来实现唤醒和进入待机模式的功能,然后使用 DS0 指示状态。本章将分为如下几个部分:

22.1 STM32F4 待机模式简介

22.2 硬件设计

22.3 软件设计

22.4 下载验证

22.1 STM32F4 待机模式简介

很多单片机都有低功耗模式,STM32F4 也不例外。在系统或电源复位以后,微控制器处于

运行状态。运行状态下的 HCLK 为 CPU 提供时钟,内核执行程序代码。当 CPU 不需继续运行

时,可以利用多个低功耗模式来节省功耗,例如等待某个外部事件时。用户需要根据最低电源

消耗,最快速启动时间和可用的唤醒源等条件,选定一个最佳的低功耗模式。STM32F4 的 3 种

低功耗模式我们在 5.2.4 节有粗略介绍,这里我们再回顾一下。

STM32F4 提供了 3 种低功耗模式,以达到不同层次的降低功耗的目的,这三种模式如下:

1)睡眠模式(CM4 内核停止工作,外设仍在运行);

2)停止模式(所有的时钟都停止);

3)待机模式;

在运行模式下,我们也可以通过降低系统时钟关闭 APB 和 AHB 总线上未被使用的外设的

时钟来降低功耗。三种低功耗模式一览表见表 22.1.1 所示:

表 22.1.1 STM32F4 低功耗一览表

在这三种低功耗模式中,最低功耗的是待机模式,在此模式下,最低只需要 2.2uA 左右的

电流。停机模式是次低功耗的,其典型的电流消耗在 350uA 左右。最后就是睡眠模式了。用

户可以根据自己的需求来决定使用哪种低功耗模式。

本章,我们仅对 STM32F4 的最低功耗模式-待机模式,来做介绍。待机模式可实现 STM32F4

的最低功耗。该模式是在CM4 深睡眠模式时关闭电压调节器。整个1.2V 供电区域被断电。PLL、

HSI 和 HSE 振荡器也被断电。SRAM 和寄存器内容丢失。除备份域(RTC 寄存器、RTC 备份

寄存器和备份 SRAM)和待机电路中的寄存器外,SRAM 和寄存器内容都将丢失。

那么我们如何进入待机模式呢?其实很简单,只要按图 22.1.1 所示的步骤执行就可以了:

图 22.1.1 STM32F4 进入及退出待机模式的条件

图 22.1.1 还列出了退出待机模式的操作,从图 22.1.1 可知,我们有多种方式可以退出待机

模式,包括:WKUP 引脚的上升沿、RTC 闹钟、RTC 唤醒事件、RTC 入侵事件、RTC 时间戳

事件、外部复位(NRST 引脚)、IWDG 复位等,微控制器从待机模式退出。

从待机模式唤醒后的代码执行等同于复位后的执行(采样启动模式引脚,读取复位向量等)。

电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)将会指示内核由待机状态退出。

在进入待机模式后,除了复位引脚、RTC_AF1 引脚(PC13)(如果针对入侵、时间戳、RTC

闹钟输出或 RTC 时钟校准输出进行了配置)和 WK_UP(PA0)(如果使能了)等引脚外,其

他所有 IO 引脚都将处于高阻态。

图 22.1.1 已经清楚的说明了进入待机模式的通用步骤,其中涉及到 2 个寄存器,即电源控

制寄存器(PWR_CR)和电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)。下面我们介绍一下这两个寄存器:

电源控制寄存器(PWR_CR),该寄存器的各位描述如图 22.1.2 所示:

图 22.1.2 PWR_CR 寄存器各位描述

该寄存器我们只关心 bit1 和 bit2 这两个位,这里我们通过设置 PWR_CR 的 PDDS 位,使

CPU 进入深度睡眠时进入待机模式,同时我们通过 CWUF 位,清除之前的唤醒位。

电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)的各位描述如图 22.1.3 所示:

图 22.1.3 PWR_ CSR 寄存器各位描述

这里,我们通过设置 PWR_CSR 的 EWUP 位,来使能 WKUP 引脚用于待机模式唤醒。我

们还可以从 WUF 来检查是否发生了唤醒事件,不过本章我们并没有用到。关于 PWR_CR 和

PWR_CSR 这两个寄存器的详细描述,请看《STM32F4xx 中文参考手册》第 5.4.1 节和 5.4.3 节。

对于使能了 RTC 闹钟中断或 RTC 周期性唤醒等中断的时候,进入待机模式前,必须按如

下操作处理:

1, 禁止 RTC 中断(ALRAIE、ALRBIE、WUTIE、TAMPIE 和 TSIE 等)。

2, 清零对应中断标志位。

3, 清除 PWR 唤醒(WUF)标志(通过设置 PWR_CR 的 CWUF 位实现)。

4, 重新使能 RTC 对应中断。

5, 进入低功耗模式。

在有用到 RTC 相关中断的时候,必须按以上步骤执行之后,才可以进入待机模式,这个大

家一定要注意,否则可能无法唤醒。详情请参考《STM32F4xx 中文参考手册》第 5.3.6 节。

通过以上介绍,我们了解了进入待机模式的方法,以及设置 KEY_UP 引脚用于把 STM32F4

从待机模式唤醒的方法。低功耗相关操作函数和定义在 HAL 库文件 stm32f4xx_hal_pwr.c 和头

文件 stm32f4xx_hal_pwr.h 中。具体步骤如下:

1)使能 PWR 时钟。

因为要配置 PWR 寄存器,所以必须先使能 PWR 时钟。

在 HAL 库中,使能 PWR 时钟的方法是:

__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); //使能 PWR 时钟

2) 设置 WK_UP 引脚作为唤醒源。

使能时钟之后后再设置 PWR_CSR 的 EWUP 位,使能 WK_UP 用于将 CPU 从待机模式唤

醒。在 HAL 库中,设置使能 WK_UP 用于唤醒 CPU 待机模式的函数是:

HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1); //设置 WKUP 用于唤醒

3)设置 SLEEPDEEP 位,设置 PDDS 位,执行 WFI 指令,进入待机模式。

进入待机模式,首先要设置 SLEEPDEEP 位(详见《STM32F3 与 F4 系列 Cortex M4 内核

编程手册》,第 214 页 4.4.6 节),接着我们通过 PWR_CR 设置 PDDS 位,使得 CPU 进入深度

睡眠时进入待机模式,最后执行 WFI 指令开始进入待机模式,并等待 WK_UP 中断的到来。在

库函数中,进行上面三个功能进入待机模式是在函数 HAL_PWR_EnterSTANDBYMode 中实现

的:

void HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(void);

4)最后编写 WK_UP 中断服务函数。

因为我们通过 WK_UP 中断(PA0 中断)来唤醒 CPU,所以我们有必要设置一下该中断函

数,同时我们也通过该函数里面进入待机模式。关于外部中断服务函数以及中断服务回调函数

的使用方法请参考外部中断实验,这里我们就不做过多讲解。

通过以上几个步骤的设置,我们就可以使用 STM32F4 的待机模式了,并且可以通过 KEY_UP

来唤醒 CPU,我们最终要实现这样一个功能:通过长按(3 秒)KEY_UP 按键开机,并且通过

DS0 的闪烁指示程序已经开始运行,再次长按该键,则进入待机模式,DS0 关闭,程序停止运

行。类似于手机的开关机。

22.2 硬件设计

本实验用到的硬件资源有:

1) 指示灯 DS0

2) KEY_UP 按键

3) TFTLCD 模块

本章,我们使用了 KEY_UP 按键用于唤醒和进入待机模式。然后通过 DS0 和 TFTLCD 模

块来指示程序是否在运行。这几个硬件的连接前面均有介绍。

22.3 软件设计

打开待机唤醒实验工程,我们可以发现工程中多了一个 wkup.c 和 wkup.h 文件,相关的用

户代码写在这两个文件中。同时,对于待机唤醒功能,我们需要引入 stm32f4xx_hal_pwr.c 和

stm32f4xx_hal_pwr.h 文件。

打开 wkup.c,可以看到如下关键代码:

//系统进入待机模式

void Sys_Enter_Standby(void)

{

__HAL_RCC_AHB1_FORCE_RESET() //复位所有 IO 口

while(WKUP_KD); //等待 WK_UP 按键松开(在有 RTC 中断时,

//必须等 WK_UP 松开再进入待机)

__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); //使能 PWR 时钟

__HAL_RCC_BACKUPRESET_FORCE(); //复位备份区域

HAL_PWR_EnableBkUpAccess(); //后备区域访问使能

//STM32F4,当开启了 RTC 相关中断后,必须先关闭 RTC 中断,再清中断标志位,

//然后重新设置 RTC 中断,再进入待机模式才可以正常唤醒,否则会有问题.

__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);

__HAL_RTC_WRITEPROTECTION_DISABLE(&RTC_Handler);//关闭 RTC 写保护

//关闭 RTC 相关中断,可能在 RTC 实验打开了

__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_DISABLE_IT(&RTC_Handler,RTC_IT_WUT);

__HAL_RTC_TIMESTAMP_DISABLE_IT(&RTC_Handler,RTC_IT_TS);

__HAL_RTC_ALARM_DISABLE_IT(&RTC_Handler,RTC_IT_ALRA|RTC_IT_ALRB);

//清除 RTC 相关中断标志位

__HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&RTC_Handler,RTC_FLAG_ALRAF|

RTC_FLAG_ALRBF);

__HAL_RTC_TIMESTAMP_CLEAR_FLAG(&RTC_Handler,RTC_FLAG_TSF);

__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_CLEAR_FLAG(&RTC_Handler,RTC_FLAG_WUTF);

__HAL_RCC_BACKUPRESET_RELEASE(); //备份区域复位结束

__HAL_RTC_WRITEPROTECTION_ENABLE(&RTC_Handler); //使能 RTC 写保护

__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU); //清除 Wake_UP 标志

HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1); //设置 WKUP 用于唤醒

HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(); //进入待机模式

}

//检测 WKUP 脚的信号

//返回值 1:连续按下 3s 以上

// 0:错误的触发

u8 Check_WKUP(void)

{

u8 t=0;

u8 tx=0;//记录松开的次数

LED0=0; //亮灯 DS0

while(1)

{

if(WKUP_KD)//已经按下了

{

t++;

tx=0;

}else

{

tx++;

if(tx>3)//超过 90ms 内没有 WKUP 信号

{

LED0=1;

return 0;//错误的按键,按下次数不够

}

}

delay_ms(30);

if(t>=100)//按下超过 3 秒钟

{

LED0=0; //点亮 DS0

return 1; //按下 3s 以上了

}

}

}

//外部中断线 0 中断服务函数

void EXTI0_IRQHandler(void)

{

HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);

}

//中断线 0 中断处理过程

//此函数会被 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler()调用

//GPIO_Pin:引脚

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)

{

if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_0)//PA0

{

if(Check_WKUP())//关机

{

Sys_Enter_Standby();//进入待机模式

}

}

}

//PA0 WKUP 唤醒初始化

void WKUP_Init(void)

{

GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); //开启 GPIOA 时钟

GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0; //PA0

GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_IT_RISING; //中断,上升沿

GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLDOWN; //下拉

GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_FAST; //快速

HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);

//检查是否是正常开机

if(Check_WKUP()==0)

{

Sys_Enter_Standby();//不是开机,进入待机模式

}

HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,0x02,0x02);//抢占优先级 2,子优先级 2

HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);

}

该部分代码比较简单,我们在这里说明两点:

1,在 void Sys_Enter_Standby(void)函数里面,我们要在进入待机模式前把所有开启的外设

全部关闭,我们这里仅仅复位了所有的 IO 口,使得 IO 口全部为浮空输入。其他外设(比如

ADC 等),大家根据自己所开启的情况进行一一关闭就可,这样才能达到最低功耗!然后我们

调 用 函 数 __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE() 来 使 能 PWR 时 钟 , 调 用 函 数

HAL_PWR_EnableWakeUpPin 用 来 设 置 WK_UP 引 脚 作 为 唤 醒 源 。 最后调用

HAL_PWR_EnterSTANDBYMode 函数进入待机模式。

2,在 void WKUP_Init(void)函数里面,我们首先要使能 GPIOA 时钟,同时因为我们要使

用到外部中断,所以必须先使能 SYSCFG 时钟。然后对 GPIOA 初始化位下拉输入。同时调用

函数 SYSCFG_EXTILineConfig 配置 GPIOA.0 连接到中断线 0。最后初始化 EXTI 中断线以及

NVIC 中断优先级。这上面的步骤实际上跟我们之前的外部中断实验知识是一样的,所以不理

解的地方大家可以翻到外部中断实验章节看看。在上面初始化的过程中,我们还先先判断

WK_UP 是否按下了 3 秒钟,来决定要不要开机,如果没有按下 3 秒钟,程序直接就进入了待

机模式。所以在下载完代码的时候,是看不到任何反应的。我们必须先按 WK_UP 按键 3 秒开

机,才能看到 DS0 闪烁。

3,在中断服务函数EXTI0_IRQHandler 内,我们通过调用函数 Check_WKUP来判断 WK_UP

按下的时间长短,来决定是否进入待机模式,如果按下时间超过 3 秒,则进入待机,否则退出

中断。

wkup.h 部分代码比较简单,我们就不多说了。最后我们看看 main 函数内容如下:

int main(void)

{

HAL_Init(); //初始化 HAL 库

Stm32_Clock_Init(336,8,2,7); //设置时钟,168Mhz

delay_init(168); //初始化延时函数

uart_init(115200); //初始化 USART

usmart_dev.init(84); //初始化 USMART

LED_Init(); //初始化 LED

LCD_Init(); //初始化 LCD

WKUP_Init(); //待机唤醒初始化

POINT_COLOR=RED;

LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");

LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"WKUP TEST");

LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");

LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2017/4/11");

LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"WK_UP:Stanby/WK_UP");

while(1)

{

LED0=!LED0;

delay_ms(250); //延时 250ms

}

}

这里我们先初始化 LED 和 WK_UP 按键(通过 WKUP_Init()函数初始化),如果检测到

有长按 WK_UP 按键 3 秒以上,则开机,并执行 LCD 初始化,在 LCD 上面显示一些内容,如

果没有长按,则在 WKUP_Init 里面,调用 Sys_Enter_Standby 函数,直接进入待机模式了。

开机后,在死循环里面等待 WK_UP 中断的到来,在得到中断后,在中断函数里面判断

WK_UP 按下的时间长短,来决定是否进入待机模式,如果按下时间超过 3 秒,则进入待机,

否则退出中断,继续执行 main 函数的死循环等待,同时不停的取反 LED0,让红灯闪烁。

代码部分就介绍到这里,大家记住下载代码后,一定要长按 WK_UP 按键,来开机,否则

将直接进入待机模式,无任何现象。

22.4 下载与测试

在代码编译成功之后,下载代码到探索者 STM32F4 开发板上,此时,看到开发板 DS0 亮

了一下(Check_WKUP 函数执行了 LED0=0 的操作),就没有反应了。其实这是正常的,在程

序下载完之后,开发板检测不到 WK_UP 的持续按下(3 秒以上),所以直接进入待机模式,看

起来和没有下载代码一样。此时,我们长按 WK_UP 按键 3 秒钟左右,可以看到 DS0 开始闪烁,

液晶也会显示一些内容。然后再长按 WK_UP,DS0 会灭掉,液晶灭掉,程序再次进入待机模

式。

编辑于 04-26

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