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| 低功耗模式 | 什么是低功耗，模式介紹，切換方法。 | 為電池設備開發做準備。 |
師從洋桃電子，杜洋老師
📑文章目錄
- 一、低功耗模式概述
- 1.1 為什么需要低功耗模式？
- 1.2 基本實現原理
- 二、低功耗模式的本質
- 2.1 單片機功耗構成
- 2.2 節能核心策略
- 三、STM32F103三大低功耗模式詳解
- 3.1 睡眠模式（Sleep Mode）
- 3.2 停機模式（Stop Mode）
- 3.3 待機模式（Standby Mode）
- 四、模式對比與選擇指南
- 五、喚醒機制實現
- 5.1 典型喚醒源配置
- 5.2 外部中斷喚醒示例
- 六、省電原理深度解析
- 6.1 動態功耗控制
- 6.2 靜態漏電流優化
- 七、應用場景與設計建議
- 7.1 智能穿戴設備方案
- 7.2 農業監測系統
- 八、常見問題解答
- 九、相關資源
一、低功耗模式概述
1.1 為什么需要低功耗模式？
- 電池供電需求：物聯網設備、穿戴設備等對續航有嚴格要求
- 能源效率優化：減少無效功耗，提升系統整體能效比
- 環保要求：符合現代電子產品綠色節能的設計理念
1.2 基本實現原理
通過分級關閉功能模塊實現階梯式節能：
正常模式 → 睡眠模式 → 停機模式 → 待機模式10mA 2mA 20μA 2μA
二、低功耗模式的本質
2.1 單片機功耗構成
| 功耗類型 | 占比 | 典型值 | 影響因素 |
|---|---|---|---|
| 動態功耗 | 60-70% | 6-7mA | 時鐘頻率、外設工作狀態 |
| 靜態功耗 | 30-40% | 3-4mA | SRAM保持、IO口漏電流 |
2.2 節能核心策略
三、STM32F103三大低功耗模式詳解
3.1 睡眠模式（Sleep Mode）
配置寄存器：SCB->SCR
__WFI(); // 等待中斷喚醒
__WFE(); // 等待事件喚醒
特征：
- 僅關閉ARM內核
- 外設保持運行
- 喚醒時間<1μs
適用場景：實時性要求高的間歇工作設備
3.2 停機模式（Stop Mode）
配置寄存器：PWR->CR
PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);
特征：
- 關閉CPU+時鐘系統
- 保持SRAM內容
- 典型喚醒時間10μs
- 支持多種喚醒源：EXTI/RTC/USB等
適用場景：智能門鎖、無線傳感器節點
3.3 待機模式（Standby Mode）
配置寄存器：PWR->CSR
PWR_EnterSTANDBYMode();
特征：
- 完全斷電（僅備份域供電）
- SRAM內容丟失
- 喚醒后系統復位
- 最低功耗2μA
適用場景：環境監測設備（每1小時喚醒采集）
四、模式對比與選擇指南
| 對比項 | 睡眠模式 | 停機模式 | 待機模式 |
|---|---|---|---|
| 功耗 | 2mA | 20μA | 2μA |
| 喚醒時間 | <1μs | 10μs | 復位時間 |
| SRAM保持 | 保持 | 保持 | 丟失 |
| 喚醒源 | 所有中斷 | EXTI/RTC/USB | WKUP/RTC |
| 代碼連續性 | 繼續運行 | 繼續運行 | 系統復位 |
| 典型應用 | 實時控制系統 | 智能家居設備 | 環境監測設備 |
五、喚醒機制實現
5.1 典型喚醒源配置
// RTC鬧鐘喚醒配置
RTC_SetAlarm(RTC_GetCounter() + 3600); // 1小時后喚醒
RTC_ITConfig(RTC_IT_ALR, ENABLE);
5.2 外部中斷喚醒示例
// PA0配置為喚醒引腳
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;
EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);
六、省電原理深度解析
6.1 動態功耗控制
P = C×V2×f
通過降低時鐘頻率(f)或工作電壓(V)實現節能
6.2 靜態漏電流優化
- 關閉未使用外設時鐘
- 配置未使用IO口為模擬輸入模式
- 禁用調試接口（SWD/JTAG）
七、應用場景與設計建議
7.1 智能穿戴設備方案
7.2 農業監測系統
- 使用待機模式+RTC定時喚醒
- 每2小時采集一次溫濕度數據
- 數據通過LoRa無線發送后立即休眠
八、常見問題解答
Q1：如何測量實際功耗？
- 使用高精度萬用表串聯測量
- 推薦使用Joulescope等專業儀器
Q2：喚醒后外設需要重新初始化嗎？
- 停機模式：需要重新初始化時鐘系統
- 待機模式：需要完全重新初始化
九、相關資源
[1] 洋桃電子B站課程-STM32入門100步
[2] STM32官方文檔手冊
[3] STM32F103固件函數庫用戶手冊（中文）
[4] 低功耗模式原理.pptx
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📌 下期預告：下一期將探討低功耗模式程序分析，歡迎持續關注！
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實測開發版：洋桃1號開發版（基于STM32F103C8T6）
更新日志：
- v1.0 初始版本（2025-04-02）
