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STM32入門教程-2023版 細致講解 中文字幕

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單片機套裝：STM32F103C8T6開發板單片機C6T6核心板 實驗板最小系統板套件科協

PWR簡介

• PWR（Power Control）電源控制
• PWR負責管理STM32內部的電源供電部分，可以實現可編程電壓監測器和低功耗模式的功能。
• 可編程電壓監測器（PVD）可以監控VDD電源電壓，當VDD下降到PVD閾值以下或上升到PVD閾值之上時，PVD會觸發中斷，用于執行緊急關閉任務（非本節重點）。
• 低功耗模式包括睡眠模式（Sleep）、停機模式（Stop）和待機模式（Standby），可在系統空閑時降低STM32的功耗，延長設備使用時間。
• 主頻和電流消耗大致呈正比，降低主頻也能顯著降低功耗。

電源框圖

上圖為STM32供電方案，可分為模擬部分供電（VDDA）、數字部分供電（VDD+1.8V）和后備供電。各供電區域負責的設備已列出。

VDDA供電區域主要負責模擬部分的供電，供電正極為VDDA，負極為VSSA。其中AD轉換器還有參考電壓供電引腳VREF+和VREF-，在引腳多的芯片型號會單獨引出，而在F103C8T6中已經在內部分別接到了VDDA和VSSA。

中間部分分為VDD供電區域和1.8V供電區域，VDD經電壓調節器降壓到1.8V提供給1.8V供電區域。后備供電區域中，低電壓檢測器控制開關，在VDD有電時由VDD供電，VDD沒電時由VBAT供電。

電壓監測（了解）

上電復位和掉電復位

當VDD或VDDA電壓過低時，STM32內部電路直接產生復位。電壓小于下限PDR時復位，大于上限POR時解除復位，中間有40mV的遲滯電壓防抖，復位信號Reset低電平有效。POR、PDR和復位滯后時間均可在芯片數據手冊查詢。

可編程電壓監測器

可編程電壓監測器的工作流程與上電/掉電復位類似，但閾值電壓可以手動調節，調節范圍可在芯片數據手冊查詢，一般高于上電/掉電復位電壓。PVD輸出在電壓過低時為1，電壓正常時為0，可在上升/下降沿申請外部中斷提醒程序進行適當處理。

低功耗模式

上表對三種低功耗模式進行了詳細的對比。其中第二列為進入對應模式所需的配置，第三列為進入對應模式后的喚醒方法，后三列為進入對應模式后關閉的電路（電壓調節器相當于1.8V供電區域的電源）。三種模式從上到下，關閉的電路越來越多，也越來越省電，越來越難喚醒。對于具體的省電效果，正常模式和睡眠模式電流消耗（數量級）均在10mA，停機模式為10$\mu$A，待機模式為1$\mu$A。

模式選擇

執行WFI（Wait For Interrupt）或WFE（Wait For Event）指令后，STM32進入低功耗模式。在觸發低功耗模式之前，配置寄存器進行模式選擇的方式如下圖所示，其中寄存器的每個位已由庫函數封裝好，無需自行配置。

睡眠模式

• 執行完WFI/WFE指令后，STM32進入睡眠模式，程序暫停運行，喚醒后程序從暫停的地方繼續運行。
• SLEEPONEXIT位決定STM32執行完WFI或WFE后，是立刻進入睡眠，還是等STM32從最低優先級的中斷處理程序中退出時進入睡眠。
• 在睡眠模式下，所有的I/O引腳都保持它們在運行模式時的狀態。
• WFI指令進入睡眠模式，可被任意一個NVIC響應的中斷喚醒。
• WFE指令進入睡眠模式，可被喚醒事件喚醒。

停機模式

• 執行完WFI/WFE指令后，STM32進入停機模式，程序暫停運行，喚醒后程序從暫停的地方繼續運行。
• 1.8V供電區域的所有時鐘都被停止，PLL、HSI和HSE被禁止，SRAM和寄存器內容被保留下來。
• 在停機模式下，所有的I/O引腳都保持它們在運行模式時的狀態。
• 當一個中斷或喚醒事件導致退出停機模式時，HSI被選為系統時鐘，因此喚醒后需重新啟動HSE配置主頻為72MHz。
• 當電壓調節器處于低功耗模式下，系統從停機模式退出時，會有一段額外的啟動延時。
• WFI指令進入停機模式，可被任意一個EXTI中斷喚醒。
• WFE指令進入停機模式，可被任意一個EXTI事件喚醒。

待機模式

• 執行完WFI/WFE指令后，STM32進入待機模式，喚醒后程序從頭開始運行。
• 整個1.8V供電區域被斷電，PLL、HSI和HSE也被斷電，SRAM和寄存器內容丟失，只有備份的寄存器和待機電路維持供電。
• 在待機模式下，所有的I/O引腳變為高阻態（浮空輸入）。
• WKUP引腳的上升沿、RTC鬧鐘事件的上升沿、NRST引腳上外部復位、IWDG復位退出待機模式。

函數詳解

PWR_DeInit函數

簡介：恢復缺省配置。

參數：void

PWR_PVDCmd函數

簡介：使能可編程電壓監測器。

參數：使能/失能

PWR_PVDLevelConfig函數

簡介：配置PVD閾值。

參數：閾值

PWR_PVDLevel_2V2/.../9（2.2~2.9V）

PWR_WakeUpPinCmd函數

簡介：使能WKUP引腳（PA0），配合待機模式的WKUP上升沿喚醒。

參數：使能/失能

PWR_EnterSTOPMode函數

簡介：進入停機模式。

參數一：電壓調節器狀態

PWR_Regulator_ON（開啟）
PWR_Regulator_LowPower（低功耗）

參數二：喚醒方式

PWR_STOPEntry_WFI/WFE（中斷/事件）

PWR_EnterSTANDBYMode函數

簡介：進入待機模式。

參數：void

標志位函數

PWR_GetFlagStatus函數

PWR_ClearFlag函數

參數：PWR標志位

PWR_FLAG_WU/SB/PWDO（喚醒/待機/電壓監測器輸出）

實驗30 修改主頻

接線圖

system_stm32f10x文件

system文件提供了兩個外部可調用的函數和一個外部可調用的變量：

• SystemInit函數：配置時鐘樹，復位后在啟動文件中自動調用。
• SystemCoreClock變量：主頻頻率。
• SystemCoreClockUpdate函數：更新主頻頻率。

源文件system_stm32f10x.c中如下部分可更改主頻的宏定義，解除對應的注釋即可選擇想要的系統主頻。其中else之前的部分為VL超值系列可選主頻。當前主頻為72MHz。

#if defined (STM32F10X_LD_VL) || (defined STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_VALUE */#define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000
#else
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_VALUE */
/* #define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000 */ 
/* #define SYSCLK_FREQ_36MHz  36000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_48MHz  48000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_56MHz  56000000 */
#define SYSCLK_FREQ_72MHz  72000000
#endif

若文件為只讀狀態，可以在文件資源管理器中右鍵對應文件更改屬性，取消勾選只讀。

SystemInit()首先啟動HSI并恢復缺省配置，隨后調用SetSysClock()函數會根據不同的宏定義執行相應的SetSysClockToxx()函數完成相應的時鐘配置。

主程序

以下代碼顯示主頻，并以72MHz下的1s為周期閃爍Running字符串。

#include "stm32f10x.h" 
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"int main(void)
{OLED_Init();OLED_ShowString(1, 1, "SYSCLK:");OLED_ShowNum(1, 8, SystemCoreClock, 8);while(1){OLED_ShowString(2, 1, "Running");Delay_ms(500);OLED_ShowString(2, 1, "       ");Delay_ms(500);}
}

此時Running以現實的1s為周期閃爍。

現通過宏定義修改主頻為36MHz：

#if defined (STM32F10X_LD_VL) || (defined STM32F10X_MD_VL) || (defined STM32F10X_HD_VL)
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_VALUE */#define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000
#else
/* #define SYSCLK_FREQ_HSE    HSE_VALUE */
/* #define SYSCLK_FREQ_24MHz  24000000 */ 
#define SYSCLK_FREQ_36MHz  36000000
/* #define SYSCLK_FREQ_48MHz  48000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_56MHz  56000000 */
/* #define SYSCLK_FREQ_72MHz  72000000 */
#endif

此時Running閃爍周期延長一倍。

由于修改主頻會要求很多涉及精準計時的計算做好匹配工作，一般不建議采用。

實驗31 睡眠模式+串口發送+接收

接線圖

主程序

在實驗21 串口發送+接收的基礎上修改。

#include "stm32f10x.h" 
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Serial.h"uint8_t RxData;int main(void)
{OLED_Init();Serial_Init();OLED_ShowString(1, 1, "RxDara:");while(1){if (Serial_GetRxFlag()){RxData = Serial_GetRxData();Serial_SendByte(RxData);OLED_ShowHexNum(1, 8, RxData, 2);}//監測低功耗狀態OLED_ShowString(2, 1, "Running");Delay_ms(100);OLED_ShowString(2, 1, "       ");Delay_ms(100);//默認配置開啟睡眠模式__WFI();}
}

此時只有當我們向串口發送數據時，Running才會閃爍一次，并回傳一次數據。

程序運行時，第一次循環即進入睡眠狀態，程序停止在WFI指令，CPU睡眠，但各個外設例如USART仍處于工作狀態。USART外設在收到數據時產生中斷喚醒CPU，程序在暫停的地方繼續運行，先進入中斷服務函數，再回到主循環執行一輪循環進入下一次睡眠，如此循環往復。

實驗32 停機模式+對射式紅外傳感器計次

接線圖

主程序

在實驗6 對射式紅外傳感器計次的基礎上修改。

原驅動程序中博主采用了延時100ms消抖，經實測中斷處理時間過長會導致喚醒失敗，因此將中斷服務函數修改如下：

//中斷函數名稱在啟動文件startup_stm32f10x_md.s中規定
void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{//檢查中斷掛起標志位if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line14) == SET){//再次判斷引腳電平if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_14) == 0){CountSensor_Count ++;}EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line14);}
}

主程序修改如下：

#include "stm32f10x.h" 
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "CountSensor.h"int main(void)
{OLED_Init();CountSensor_Init();//開啟PWR時鐘RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);OLED_ShowString(1, 1, "Count:");while(1){OLED_ShowNum(1, 7, CountSensor_Get(), 5);//監測低功耗狀態OLED_ShowString(2, 1, "Running");Delay_ms(100);OLED_ShowString(2, 1, "       ");Delay_ms(100);//進入停機模式（電壓調節器開啟，中斷喚醒）PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_ON, PWR_STOPEntry_WFI);}
}

此時每遮擋一次對射式紅外傳感器，計數加一，Running閃爍一次。有時閃爍兩次是因為信號抖動導致遮擋和移開均產生中斷信號。

除此之外，復位后Running第一次閃爍時間短暫，后續遮擋Running閃爍變慢，這是由于前文介紹的停機模式喚醒后HSI被選為系統時鐘，只需在進入停機模式之后加上$\text{SystemInit();}$重新配置時鐘為HSE即可。

實驗33 待機模式+實時時鐘

接線圖

主程序

在實驗29 實時時鐘的基礎上修改。

#include "stm32f10x.h" 
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "MyRTC.h"int main(void)
{OLED_Init();MyRTC_Init();//開啟PWR時鐘RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);//更改顯示布局//計數值OLED_ShowString(1, 1, "CNT :");//鬧鐘值OLED_ShowString(2, 1, "ALR :");//鬧鐘標志位OLED_ShowString(3, 1, "ALRF:");//設置鬧鐘值為復位10秒后//鬧鐘寄存器只寫不讀，先定義變量存儲鬧鐘值uint32_t Alarm = RTC_GetCounter() + 10;RTC_SetAlarm(Alarm);OLED_ShowNum(2, 6, Alarm, 10);while(1){OLED_ShowNum(1, 6, RTC_GetCounter(), 10);//顯示鬧鐘標志位OLED_ShowNum(3, 6, RTC_GetFlagStatus(RTC_FLAG_ALR), 1);//監測低功耗狀態OLED_ShowString(4, 1, "Running");Delay_ms(100);OLED_ShowString(4, 1, "       ");Delay_ms(100);//待機前關閉所有外部耗電電路以達到省電目的OLED_Clear();PWR_EnterSTANDBYMode();}
}

待機模式喚醒后程序從頭開始運行，因此該程序現象為復位后OLED閃爍一次，十秒之后觸發鬧鐘事件再次閃爍，往后每隔十秒閃爍一次。

在while循環之前加上$\text{PWR\_WakeUpPinCmd(ENABLE);}$可實現WKUP引腳（PA0）喚醒，此時每次將該引腳用跳線接到高電平即可觀察到OLED閃爍。