嵌入式学习（六）—STM32电源控制器

任何一个嵌入式控制器，都会有相对应的电源控制模块。对于STM32F4xx系列控制来说，器件的工作电压（Vdd）要求介于1.8V~3.6V之间，嵌入式线性调压器用于提供内部1.2V数字电源。

当主电源VDD断电时，可通过Vbat电压为实时时钟RTC，RTC备份寄存器和SRAM(BKP SRAM)供电。

独立 A/D 转换器电源和参考电压

为了提高转换精度，ADC 配有独立电源，可以单独滤波并屏蔽 PCB 上的噪声。

● ADC 电源电压从单独的 VDDA 引脚输入。

● VSSA 引脚提供了独立的电源接地连接。

为了确保测量低电压时具有更高的精度，用户可以在 VREF 上连接单独的 ADC 外部参考电压 输入。VREF 电压介于 1.8 V 到 VDDA 之间。

电池备份域

备份域说明

要在 VDD 关闭后保留 RTC 备份寄存器和备份 SRAM 的内容并为 RTC 供电，可以将 VBAT 引 脚连接到通过电池或其它电源供电的可选备用电压。

要使 RTC 即使在主数字电源 (VDD) 关闭后仍然工作，VBAT 引脚需为以下各模块供电：

● RTC

● LSE 振荡器

● 备份 SRAM（使能低功耗备份调压器时）

● PC13 到 PC15 I/O，以及 PI8 I/O（如果封装有该引脚）

VBAT 电源的开关由复位模块中内置的掉电复位电路进行控制。

备份域访问

复位后，备份域（RTC 寄存器、RTC 备份寄存器和备份 SRAM）将受到保护，以防止意外 的写访问。要使能对备份域的访问，请按以下步骤进行操作：

● 访问 RTC 和 RTC 备份寄存器

1. 将 RCC_APB1ENR 寄存器中的 PWREN 位置 1，使能电源接口时钟.

2. 将电源控制器(PWR_CR)DBP位置1，使能备份域的访问；

3. 选择RTC时钟源

4. 通过对RCC备份域控制器寄存器（RCC_BDCR）中的RTCEN[15]位进行编程，是能RTC时钟
   

●访问备份 SRAM

1. 将 RCC_APB1ENR 寄存器中的 PWREN 位置 1，使能电源接口时钟.

2. 将电源控制器(PWR_CR)DBP位置1，使能备份域的访问；

3. 通过将RCC AHB1外设时钟使能寄存器（RCC_AHB1ENR）中BKPSRAME位置1，使能备份SRAM时钟。

   
   

   RTC 和 RTC 备份寄存器
   实时时钟 (RTC) 是一个独立的 BCD 定时器/计数器。RTC 提供一个日历时钟、两个可编程闹 钟中断，以及一个具有中断功能的可编程的周期唤醒标志。

调压器

嵌入式线性调压器为备份域和待机电路以外的所有数字电路供电。调压器输出电压约为 1.2 V。

此调压器需要将两个外部电容连接到专用引脚 VCAP_1 和 VCAP_2，所有封装都配有这两个引 脚。为激活或停用调压器，必须将特定引脚连接到 VSS 或 VDD。具体引脚与封装有关。

通过软件激活时，调压器在复位后始终处于使能状态。根据应用模式的不同，可采用三种不同的模式工作。

1 运行模式，调压器为 1.2 V 域（内核、存储器和数字外设）提供全功率。在此模式下，调压器的输出电压（约 1.2 V）可通过软件调整为不同的电压值：

2.停止模式，调压器为 1.2 V 域提供低功率，保留寄存器和内部 SRAM 中的内容。

3.待机模式，调压器掉电。除待机电路和备份域外，寄存器和 SRAM 的内容都将丢失。

电源监控器

上电复位 (POR)/掉电复位 (PDR)

本器件内部集成有 POR/PDR 电路，可以从 1.8 V 开始正常工作。

当 VDD/VDDA 低于指定阈值 VPOR/PDR 时，器件无需外部复位电路便会保持复位状态

欠压复位 (BOR)

上电期间，欠压复位 (BOR) 将使器件保持复位状态，直到电源电压达到指定的 VBOR 阈值。

VBOR 通过器件选项字节进行配置。BOR 默认为关闭。可以选择 4 个 VBOR 阈值。

● BOR 关闭 (VBOR0)：1.80 V 到 2.10 V 电压范围的复位阈值级别

● BOR 级别 1 (VBOR1)：2.10 V 到 2.40 V 电压范围的复位阈值级别

● BOR 级别 2 (VBOR2)：2.40 V 到 2.70 V 电压范围的复位阈值级别

● BOR 级别 3 (VBOR3)：2.70 V 到 3.60 V 电压范围的复位阈值级别

当电源电压 (VDD) 降至所选 VBOR 阈值以下时，将使器件复位。

可编程电压检测器 (PVD)

PWR 电源控制/状态寄存器 (PWR_CSR) 中提供了 PVDO 标志，用于指示 VDD 是大于还是 小于 PVD 阈值。该事件内部连接到 EXTI 线 16，如果通过 EXTI 寄存器使能，则可以产生中 断。当 VDD 降至 PVD 阈值以下以及/或者当 VDD 升至 PVD 阈值以上时，可以产生 PVD 输 出中断，具体取决于 EXTI 线 16 上升沿/下降沿的配置。该功能的用处之一就是可以在中断 服务程序中执行紧急关闭系统的任务。

低功耗模式

默认情况下，系统复位或上电复位后，微控制器进入运行模式。在运行模式下，CPU 通过 HCLK 提供时钟，并执行程序代码。系统提供了多个低功耗模式，可在 CPU 不需要运行时 （例如等待外部事件时）节省功耗。由用户根据应用选择具体的低功耗模式，以在低功耗、短启动时间和可用唤醒源之间寻求最佳平衡。

器件有三个低功耗模式：

● 睡眠模式（Cortex™-M4F 内核停止，外设保持运行）

● 停止模式（所有时钟都停止）

● 待机模式（1.2 V 域断电）

此外，可通过下列方法之一降低运行模式的功耗：

● 降低系统时钟速度

● 不使用 APBx 和 AHBx 外设时，将对应的外设时钟关闭

1-降低系统时钟速度

在运行模式下，可通过对预分频寄存器编程来降低系统时钟（SYSCLK、HCLK、PCLK1 和 PCLK2）速度。进入睡眠模式之前，也可以使用这些预分频器降低外设速度。

2-外设时钟门控

在运行模式下，可随时停止各外设和存储器的 HCLKx 和 PCLKx 以降低功耗。

要进一步降低睡眠模式的功耗，可在执行 WFI 或 WFE 指令之前禁止外设时钟。

外设时钟门控由 AHB1 外设时钟使能寄存器 (RCC_AHB1ENR)、AHB2 外设时钟使能寄存 器 (RCC_AHB2ENR) 和 AHB3 外设时钟使能寄存器 (RCC_AHB3ENR) 进行控制

在睡眠模式下，复位 RCC_AHBxLPENR 和 RCC_APBxLPENR 寄存器中的对应位可以自动 禁止外设时钟。

3-睡眠模式

进入睡眠模式

执行 WFI（等待中断）或 WFE（等待事件）指令即可进入睡眠模式。根据 Cortex™-M4F 系 统控制寄存器中 SLEEPONEXIT 位的设置，可以通过两种方案选择睡眠模式进入机制： 

● 立即休眠：如果 SLEEPONEXIT 位清零，MCU 将在执行 WFI 或 WFE 指令时立即进入睡眠模式。

● 退出时休眠：如果 SLEEPONEXIT 位置 1，MCU 将在退出优先级最低的 ISR 时立即进入睡眠模式。

退出睡眠模式

如果使用 WFI 指令进入睡眠模式，则嵌套向量中断控制器 (NVIC) 确认的任意外设中断都会 将器件从睡眠模式唤醒。

如果使用 WFE 指令进入睡眠模式，MCU 将在有事件发生时立即退出睡眠模式。唤醒事件可 通过以下方式产生：

● 在外设的控制寄存器使能一个中断，但不在 NVIC 中使能，同时使能 Cortex™-M4F 系

统控制寄存器中的 SEVONPEND 位。当 MCU 从 WFE 恢复时，需要清除相应外设的中

断挂起位和外设 NVIC 中断通道挂起位（在 NVIC 中断清除挂起寄存器中）。

● 配置一个外部或内部 EXTI 线为事件模式。当 CPU 从 WFE 恢复时，因为对应事件线的

挂起位没有被置位，不必清除相应外设的中断挂起位或 NVIC 中断通道挂起位。

由于没有在进入/退出中断时浪费时间，此模式下的唤醒时间最短。

停止模式

停止模式基于 Cortex™-M4F 深度睡眠模式与外设时钟门控。调压器既可以配置为正常模 式，也可以配置为低功耗模式。在停止模式下，1.2 V 域中的所有时钟都会停止，PLL、HSI 和 HSE RC 振荡器也被禁止。内部 SRAM 和寄存器内容将保留。

待机模式

待机模式下的 I/O 状态

在待机模式下，除以下各部分以外，所有 I/O 引脚都处于高阻态：

● 复位引脚（仍可用）

● 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）

● WKUP 引脚 (PA0)（如果使能）

调试模式

默认情况下，如果使用调试功能时应用程序将 MCU 置于停止模式或待机模式，调试连接将 中断。这是因为 Cortex™-M4F 内核时钟停止了。

不过，通过设置 DBGMCU_CR 寄存器中的一些配置位，即使 MCU 进入低功耗模式，仍可 使用软件对其进行调试

对 RTC 复用功能进行编程以从停止模式和待机模式唤醒器件

RTC 复用功能可以从低功耗模式唤醒 MCU。

RTC 复用功能包括 RTC 闹钟（闹钟 A 和闹钟 B）、RTC 唤醒事件、RTC 入侵事件和 RTC 时间戳事件。

这些 RTC 复用功能可将系统从停止和待机低功耗模式唤醒。

通过使用 RTC 闹钟或 RTC 唤醒事件，无需依赖外部中断即可将系统从低功耗模式唤醒（自 动唤醒模式）。

电源控制寄存器

用于 STM32F405xx/07xx 和 STM32F415xx/17xx 的 PWR 电源控制寄存器

(PWR_CR)

位 14 VOS：调压器输出电压级别选择

此位用来控制内部主调压器的输出电压，以便在器件未以最大频率工作时使性能与功耗实现平衡。

0：级别 2 模式

1：级别 1 模式（复位时的默认值）

位 9 FPDS：停止模式下 Flash 掉电 (Flash power-down in Stop mode)

将此位置 1 时，Flash 将在器件进入停止模式后掉电。这样可以降低停止模式的功耗，但会

延长重新启动时间。

0：器件进入停止模式时 Flash 不掉电

1：器件进入停止模式时 Flash 掉电

位 8 DBP：禁止备份域写保护 (Disable backup domain write protection)

在复位状态下，RCC_BDCR 寄存器、RTC 寄存器（包括备份寄存器）以及 PWR_CSR 寄存器的 BRE 位均受到写访问保护。必须将此位置 1 才能使能对这些寄存器的写访问。

0：禁止对 RTC、RTC 备份寄存器和备份 SRAM 的访问

1：使能对 RTC、RTC 备份寄存器和备份 SRAM 的访问

位 7:5 PLS[2:0]：PVD 级别选择 (PVD level selection)

这些位由软件写入，用于选择电压检测器检测的电压阈值

000：2.0 V

001：2.1 V

010：2.3 V

011：2.5 V

100：2.6 V

101：2.7 V

110：2.8 V

111：2.9 V

位 4 PVDE：使能电源电压检测器 ，此位由软件置 1 和清零。

0：禁止 PVD

1：使能 PVD

位 3 CSBF：将待机标志清零 (Clear standby flag)，此位始终读为 0。

0：无操作

1：写 1 将 SBF 待机标志清零。

位 2 CWUF：将唤醒标志清零 (Clear wakeup flag)，此位始终读为 0。

0：无操作

1：写 1 操作 2 个系统时钟周期后将 WUF 唤醒标志清零

位 1 PDDS：深度睡眠掉电 (Power-down deepsleep)此位由软件置 1 和清零。与 LPDS 位结合使用。

0：器件在 CPU 进入深度睡眠时进入停止模式。调压器状态取决于 LPDS 位。

1：器件在 CPU 进入深度睡眠时进入待机模式。

位 0 LPDS：深度睡眠低功耗 (Low-power deepsleep)此位由软件置 1 和清零。与 PDDS 位结合使用。

0：停止模式下调压器开启

1：停止模式下调压器进入低功耗模式

PWR 电源控制/状态寄存器 (PWR_CSR)

位 14 VOSRDY：调压器输出分级电压就绪标志 (Regulator voltage scaling output selection ready bit)

0：未就绪

1：就绪

位 9 BRE：使能备份调压器 (Backup regulator enable)此位置 1 时，使能备份调压器（用于在待机模式和 VBAT 模式下保持备份 SRAM 内容）。

如果 BRE 复位，备份调压器关闭。仍可使用备份 SRAM 但在待机模式和 VBAT 模式中其内容将丢失。将此位置 1 后，应用程序必须等待备份调压器就绪标志 (BRR) 置 1，指示在待机模式和 VBAT 模式下会保持写入 RAM 中的数据。

0：禁止备份调压器

1：使能备份调压器

位 8 EWUP：使能 WKUP 引脚 (Enable WKUP pin)此位由软件置 1 和清零。

0：WKUP 引脚用作通用 I/O。WKUP 引脚上的事件不会把器件从待机模式唤醒。

1：WKUP 用于从待机模式唤醒器件并被强制配置成输入下拉（WKUP 引脚出现上升沿时从待机模式唤醒系统）。注意：此位通过系统复位进行复位。

位 3 BRR：备份调压器就绪 (Backup regulator ready)

由硬件置 1，用以指示备份调压器已就绪。

0：备份调压器未就绪

1：备份调压器就绪

位 2 PVDO：PVD 输出 (PVD output)

此位通过硬件置 1 和清零。仅当通过 PVDE 位使能 PVD 时此位才有效。

0：VDD 高于 PLS[2:0] 位选择的 PVD 阈值。

1：VDD 低于 PLS[2:0] 位选择的 PVD 阈值。

注意：PVD 在进入待机模式时停止。因此，进入待机模式或执行复位后，此位等于 0，直到PVDE 位置 1。

位 1 SBF：待机标志 (Standby flag)

此位由硬件置 1，清零则只能通过 POR/PDR（上电复位/掉电复位）或将 PWR_CR 寄存器中的 CSBF 位置 1 来实现。

0：器件未进入待机模式

1：器件在此次复位前进入待机模式

位 0 WUF：唤醒标志 (Wakeup flag)此位由硬件置 1，清零则只能通过 POR/PDR（上电复位/掉电复位）或将 PWR_CR 寄存器中的 CWUF 位置 1 来实现。

0：未发生唤醒事件

1：收到唤醒事件，可能来自 WKUP 引脚、RTC 闹钟（闹钟 A 和闹钟 B）RTC 入侵事件、RTC 时间戳事件或 RTC 唤醒事件。

注意：如果使能 WKUP 引脚（将 EWUP 位置 1）时 WKUP 引脚已为高电平，系统将检测到另一唤醒事件。