1. 什么是低功耗？

• 低功耗模式：MCU 暫停部分時鐘/外設，降低電流消耗，等待外部事件（中斷/復位/喚醒）再恢復運行。

• 應用場景：電池供電設備（傳感器、手持設備、IoT 節點）——延長續航。

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2. STM32 電源系統結構（F103）

• 主電源 VDD：核心供電。

• 備份電源 VBAT：RTC/備份寄存器在主電源掉電時保持。

• 電源管理單元 PWR：支持三種低功耗模式：

  • Sleep：只關 CPU，外設和時鐘繼續。

  • Stop：停止主時鐘 HSI/HSE/PLL，SRAM/寄存器保持，低功耗調節器供電。

  • Standby：幾乎全關，僅保留 VBAT 域（RTC/BKP）。功耗最低。

3. 三種低功耗模式原理與作用

模式	原理	功耗	數據保持	喚醒方式	作用場景
Sleep	CPU 內核暫停，外設/時鐘繼續運行	低	全部保持	任意中斷/事件	CPU 空閑但外設還工作
Stop	主時鐘關閉，PLL/HSE/HSI 停止，SRAM+寄存器保持，低功耗調節器供電	更低	SRAM/寄存器保持	外部中斷、RTC 喚醒等	需保留數據但降功耗
Standby	全部掉電，SRAM/寄存器清空，僅 VBAT 域工作（RTC/BKP 可保留）	最低	僅 VBAT 域（RTC/備份寄存器）	喚醒引腳、RTC 鬧鐘、復位	超低功耗，數據不重要

4. 驅動實現步驟（HAL 庫示例）

4.1 Sleep 模式

#include "stm32f1xx_hal.h"int main(void)
{HAL_Init();                        // 初始化 HALSystemClock_Config();              // 配置系統時鐘MX_GPIO_Init();                    // GPIO 初始化while (1){// 進入 Sleep 模式：CPU 停止，外設繼續，等待中斷喚醒HAL_SuspendTick();             // 掛起 SysTick，避免其喚醒HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI);HAL_ResumeTick();              // 恢復 SysTick}
}

參數解釋

• PWR_MAINREGULATOR_ON：保持主調節器工作（供電正常）。

• PWR_SLEEPENTRY_WFI：進入睡眠入口指令，WFI=Wait For Interrupt。
  其他：

  • PWR_SLEEPENTRY_WFE：Wait For Event。

4.2 Stop 模式

#include "stm32f1xx_hal.h"int main(void)
{HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();while (1){// 進入 Stop 模式：主時鐘停，SRAM/寄存器保持HAL_SuspendTick();     // 停止 SysTick，避免喚醒HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);HAL_ResumeTick();      // 喚醒后恢復 SysTick// 喚醒后需要重新配置系統時鐘SystemClock_Config();}
}

參數解釋

• PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON：低功耗調節器供電（功耗更低）。

• PWR_MAINREGULATOR_ON：主調節器供電。

• PWR_STOPENTRY_WFI：WFI 指令進入。

• PWR_STOPENTRY_WFE：WFE 指令進入。

4.3 Standby 模式

#include "stm32f1xx_hal.h"int main(void)
{HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();while (1){// 清除 Wakeup 標志__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);// 進入 Standby 模式：幾乎全掉電，僅 VBAT 域保持HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();// 喚醒后，系統相當于復位，從 main 重新執行}
}

特點

• 無參數：一旦進入 Standby，只有復位/RTC Alarm/Wakeup 引腳可喚醒。

• 喚醒后程序 從復位重新執行，非繼續原位置。

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5. 庫函數與寄存器說明

5.1 HAL 庫函數

• HAL_PWR_EnterSLEEPMode(regulator, entry)

• HAL_PWR_EnterSTOPMode(regulator, entry)

• HAL_PWR_EnterSTANDBYMode()

• HAL_SuspendTick() / HAL_ResumeTick()：暫停/恢復 SysTick。

5.2 StdPeriph 庫（老版本）

• PWR_EnterSleepMode(PWR_Regulator, PWR_SLEEPEntry)

• PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator, PWR_STOPEntry)

• PWR_EnterSTANDBYMode()

5.3 關鍵寄存器

• PWR_CR：控制寄存器

  • PDDS：置位進入 Standby

  • LPDS：Stop 模式選擇低功耗調節器

  • CWUF：清 Wakeup 標志

• PWR_CSR：狀態寄存器

  • WUF：Wakeup 標志

• SCB->SCR：系統控制寄存器

  • SLEEPDEEP：=1 表示進入深度睡眠（Stop/Standby），=0 為 Sleep。

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6. 總結

• Sleep：只關 CPU，最輕量，喚醒最快。

• Stop：關時鐘，保留 SRAM/寄存器，功耗中等。喚醒后要重新配置時鐘。

• Standby：幾乎全關，僅 RTC/BKP 保持，最低功耗。喚醒等于復位。

• 庫函數的 .、= 后參數主要用于 選擇調節器模式（主/低功耗） 和 進入方式（WFI中斷/WFE事件）。

實驗：

lpwr.c:

#include "lpwr.h"
#include "led.h"void lpwr_init(void)
{GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;//打開時鐘__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();                           // 使能GPIOB時鐘//調用GPIO初始化函數gpio_initstruct.Pin = GPIO_PIN_0;          // 兩個LED對應的引腳gpio_initstruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;             // 推挽輸出gpio_initstruct.Pull = GPIO_PULLUP;                     // 上拉gpio_initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;           // 高速HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 2, 2);HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
}void EXTI0_IRQHandler(void)
{HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);
}void lpwr_enter_sleep(void)
{HAL_SuspendTick();HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);
}void lpwr_enter_stop(void)
{//暫停滴答定時器HAL_SuspendTick();//點亮LED2，代表進入停機模式led2_on();//進入停機模式HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);//熄滅LED2，代表退出停機模式led2_off();//從停機模式喚醒，需要重新配置系統時鐘（不這樣，//燈會閃的很慢，為什么？只有8M）stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);//沒有這一行燈會閃的很慢
}void lpwr_enter_standby(void)
{//使能電源時鐘（關閉電壓調節器）__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();//使能WAKEUP引腳的喚醒功能HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);//清除喚醒標記，否則將持續保持喚醒狀態__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);//進入待機模式HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();//測試：看看代碼會不會運行到下面？//代碼復位led2_on();
}

main.c:

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "uart1.h"
#include "lpwr.h"
#include "key.h"int main(void)
{HAL_Init();                         /* 初始化HAL庫 */stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 設置時鐘, 72Mhz */led_init();                         /* 初始化LED燈 */uart1_init(115200);lpwr_init();key_init();printf("hello world!\r\n");uint8_t i = 0;while(1){ if(key_scan() == 2){//lpwr_enter_sleep();//lpwr_enter_stop();lpwr_enter_standby();}if((i % 20) == 0)led1_toggle();i++;delay_ms(10);}
}

一、lpwr.c —— 低功耗與喚醒

#include "lpwr.h"      // 本模塊頭文件：對外暴露 lpwr_* 接口
#include "led.h"       // LED 控制（用于進入/退出低功耗的可視化指示）

1) 低功耗喚醒輸入初始化（外部中斷）

void lpwr_init(void)
{GPIO_InitTypeDef gpio_initstruct;          // HAL 的 GPIO 初始化結構體// 打開與喚醒引腳所在端口相應的時鐘（此處使用 PA0 作為喚醒/中斷引腳）__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();              // 使能 GPIOA 時鐘（← 這里是 A，不是 B）// 若是 F1 系列，使用外部中斷還需要 AFIO 時鐘（HAL 會在內部設置 EXTI，但保險起見可顯式打開）__HAL_RCC_AFIO_CLK_ENABLE();               // 使能 AFIO（可選，但推薦）// 配置 PA0 為上升沿外部中斷輸入（常接按鍵，按下產生上升沿喚醒）gpio_initstruct.Pin   = GPIO_PIN_0;        // 選擇 PA0gpio_initstruct.Mode  = GPIO_MODE_IT_RISING; // 外部中斷模式：上升沿觸發（IT = Interrupt）gpio_initstruct.Pull  = GPIO_PULLUP;       // 上拉（未按下時穩定為高/低需結合硬件，常用上拉+下拉按鍵）gpio_initstruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; // 速度等級（對輸入/中斷不關鍵，可保持默認或任意）HAL_GPIO_Init(GPIOA, &gpio_initstruct);    // 調用 HAL 完成 GPIO/EXTI 配置// 配置并使能 EXTI0 的 NVIC 中斷（PA0→EXTI0）HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 2, 2);    // 搶占優先級=2，子優先級=2（數值越小優先級越高）HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);            // 使能 EXTI0 中斷線（允許進入中斷/喚醒）
}

說明：

• PA0 一腳有兩種“喚醒”用法

  1. EXTI0：從 Sleep / Stop 喚醒（任意可使能的中斷都能喚醒）；

  2. WKUP（Wakeup Pin1）：從 Standby 喚醒（硬件專用喚醒腳，與 EXTI 概念不同）。

• F1 用外部中斷建議打開 AFIO 時鐘；HAL_GPIO_Init() 會幫你寫 EXTI/AFIO 寄存器。

2) EXTI0 中斷服務函數

void EXTI0_IRQHandler(void)                      // EXTI0 的中斷服務程序（由啟動文件向量表跳轉到這里）
{HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);        // 交給 HAL：清 pending 標志、再回調 HAL_GPIO_EXTI_Callback()
}

如需在中斷發生時做事情（比如點燈/打印），可實現：

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) {if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_0) {// …用戶代碼（但注意：中斷里別 printf，盡量只做輕量操作）}
}

3) 進入 Sleep（睡眠）模式

void lpwr_enter_sleep(void)
{HAL_SuspendTick();                                 // 掛起 SysTick（否則 SysTick 中斷會很快把你喚醒）HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON,                          // regulator 參數：睡眠時主調節器一直供電PWR_SLEEPENTRY_WFI                            // entry 參數：通過 WFI 指令進入（Wait For Interrupt）);// 從 Sleep 喚醒后會繼續執行到這里（代碼流不中斷）HAL_ResumeTick();                                  // 恢復 SysTick（讓系統節拍恢復）
}

參數釋義（Sleep）

• PWR_MAINREGULATOR_ON：睡眠下保持主調節器（正常電壓）→ 喚醒更快。

• PWR_SLEEPENTRY_WFI：通過 WFI 進入睡眠（常用）；可選 PWR_SLEEPENTRY_WFE（WFE 事件進入）。

Sleep 模式下：CPU 停止，但 外設/總線時鐘繼續運行；任意可用中斷到來即刻喚醒并從下一條指令繼續。

4) 進入 Stop（停機）模式

void lpwr_enter_stop(void)
{HAL_SuspendTick();                                 // 暫停 SysTick（避免 Tick 把 Stop 喚醒）led2_on();                                         // 可視化提示：準備進入 StopHAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON,                          // regulator：主調節器供電（也可用 PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON 更省電）PWR_STOPENTRY_WFI                              // entry：通過 WFI 指令進入 Stop（設置 SLEEPDEEP 位）);led2_off();                                        // 運行到這里說明已經“從 Stop 喚醒”了// 重要：從 Stop 喚醒后，系統時鐘源被切回 HSI（8MHz），PLL/HSE 關閉// 若不重配，整個系統按 8MHz 運行，你會看到 LED 閃爍變慢、串口波特率異常等現象stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);                    // 重新配置系統時鐘到 72MHz（HSE→PLL×9）
}

參數釋義（Stop）

• PWR_MAINREGULATOR_ON：Stop 下保持主調節器（功耗略高，喚醒稍快）；

• PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON：低功耗調節器（功耗更低，但喚醒更慢）。

• PWR_STOPENTRY_WFI / PWR_STOPENTRY_WFE：WFI/WFE 進入 Stop。

Stop 模式：HSI/HSE/PLL 都停，SRAM/寄存器保持；喚醒后需重新配置系統時鐘到期望頻率。

5) 進入 Standby（待機）模式

void lpwr_enter_standby(void)
{__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();                        // 使能 PWR 時鐘（對 PWR 寄存器訪問必須）HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1);          // 使能喚醒管腳：WakeUp Pin1（F103 對應 PA0）// Standby 下只認“WakeUp Pin/RTC/復位”等專用喚醒源__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);                 // 清除“喚醒標志”（否則會立刻退出 Standby）HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();                        // 進入待機（最低功耗）：SRAM/寄存器清空，程序停止// ——— 注意：從 Standby 喚醒相當于“復位啟動” ———// 理論上永遠到不了這里（進入 Standby 后代碼不再往下走；喚醒后 MCU 復位，從 main 重新執行）led2_on();                                         // 若看到這行被執行，說明并沒有真正進入 Standby
}

Standby 只能被：WKUP 引腳上升沿 / RTC 鬧鐘 / NRST 復位 / 上電 等喚醒；喚醒后相當于上電復位，不是“接著原地運行”。

二、main.c —— 測試主循環

#include "sys.h"     // 系統時鐘配置接口（stm32_clock_init）
#include "delay.h"   // delay_ms/delay_us
#include "led.h"     // LED1/LED2 控制（指示狀態）
#include "uart1.h"   // 串口調試輸出
#include "lpwr.h"    // 低功耗接口：初始化/進入各模式
#include "key.h"     // 按鍵掃描（返回 1/2/... 表示不同按鍵）

int main(void)
{HAL_Init();                         /* 初始化 HAL：外設復位、SysTick、NVIC 優先級組等 */stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 系統時鐘 72MHz（HSE→PLL×9） */led_init();                         /* LED 引腳初始化（LED1/LED2） */uart1_init(115200);                 /* 串口1，115200 波特率 */lpwr_init();                        /* 低功耗相關引腳初始化：PA0 上升沿 EXTI0 可用于喚醒 */key_init();                         /* 按鍵初始化（內部掃描/消抖） */printf("hello world!\r\n");         /* 上電提示 */uint8_t i = 0;                      /* 簡單的“節拍”計數器 */while (1){if (key_scan() == 2)            /* 如果按鍵2被按下（你的 key_scan 約定） */{//lpwr_enter_sleep();        /* 進入 Sleep：任意中斷（比如再按 PA0）即可喚醒 *///lpwr_enter_stop();         /* 進入 Stop：PA0 上升沿（EXTI0）等可喚醒，醒來后會重設時鐘 */lpwr_enter_standby();        /* 進入 Standby：PA0(WKUP) 上升沿/RTC/復位可喚醒，醒來相當于復位 */}// 每 200ms 翻轉一下 LED1（10ms × 20）if ((i % 20) == 0)led1_toggle();i++;delay_ms(10);}
}

三、三種模式的實驗現象與注意點

1) Sleep（睡眠）

現象

• 進入 Sleep 后，CPU 不執行，但外設時鐘仍跑；

• 只要產生任意可用中斷（如：按 PA0 觸發 EXTI0），馬上喚醒；

• 喚醒后繼續執行 HAL_PWR_EnterSLEEPMode() 之后的代碼（非復位）；

• 因為我們 SuspendTick()，若不產生中斷，LED 翻轉會暫停；中斷喚醒并 ResumeTick() 后繼續以原節奏閃爍。

注意

• 第二個參數要用 PWR_SLEEPENTRY_WFI / PWR_SLEEPENTRY_WFE。

• Sleep 下 串口、定時器、外設 仍在工作（除非你手動關時鐘）。

• 若不 HAL_SuspendTick()，SysTick 會不斷產生中斷從而“睡不安穩”。

2) Stop（停機）

現象

• 進入 Stop，HSI/HSE/PLL 停止，SRAM/寄存器保持；

• 通過 EXTI0（PA0）上升沿 或 RTC 鬧鐘等喚醒；

• 喚醒后系統時鐘退回 HSI=8MHz，如果不 stm32_clock_init() 重設到 72MHz：

  • LED 閃爍會明顯變慢（定時用到的時鐘也慢了）；

  • 串口波特率不對（115200 需要 72MHz 基準）→ 打印亂碼或無輸出。

• 我們在函數里喚醒后立即 stm32_clock_init()，因此 LED/串口都恢復正常速度。

注意

• PWR_MAINREGULATOR_ON vs PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON：后者更省電、喚醒略慢。

• 喚醒后務必重新配置系統時鐘（或至少切回你期望的 HSE/PLL）。

• EXTI 線要配置好（lpwr_init() 已設定 PA0 上升沿 EXTI0）。

3) Standby（待機）

現象

• 進入 Standby，幾乎全掉電：SRAM/寄存器丟失，僅 VBAT 域（RTC/BKP） 仍在；

• 喚醒源：WKUP 引腳 PA0 上升沿 / RTC 鬧鐘 / NRST/上電；

• 喚醒后相當于復位，程序從 main() 開始，你會再次看到 hello world!；

• 函數 HAL_PWR_EnterSTANDBYMode() 后面的 led2_on() 不會被執行（除非沒成功進入 Standby）。

注意

• 進入前要 __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU) 清喚醒標志，否則會立即“假喚醒”。

• Standby 喚醒不是中斷返回，而是系統復位。如果要判斷是否來自 Standby，可讀取相應標志位（如 PWR_FLAG_SB）。

• 用 WKUP 引腳 喚醒時，確保硬件按 上升沿 滿足門限（典型需要外部上拉/按鍵接地等正確電路）。

四、可選參數的作用

1) GPIO（GPIO_InitTypeDef）

• Pin = GPIO_PIN_0 … GPIO_PIN_15：選擇端口上的哪一腳。

• Mode =

  • GPIO_MODE_INPUT：普通輸入

  • GPIO_MODE_OUTPUT_PP：推挽輸出

  • GPIO_MODE_OUTPUT_OD：開漏輸出

  • GPIO_MODE_AF_PP/AF_OD：復用功能

  • GPIO_MODE_IT_RISING / IT_FALLING / IT_RISING_FALLING：外部中斷（沿觸發）

  • GPIO_MODE_EVT_*：外部事件（WFE 使用）

• Pull = GPIO_NOPULL / GPIO_PULLUP / GPIO_PULLDOWN：無/上拉/下拉。

• Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW / MEDIUM / HIGH：IO 翻轉速率能力（對輸入無實質影響）。

2) NVIC

• HAL_NVIC_SetPriority(IRQn, preempt, sub)：設置中斷優先級；數字越小優先級越高。

• HAL_NVIC_EnableIRQ(IRQn)：使能中斷。

3) 低功耗入口（PWR）

• Sleep：

  • HAL_PWR_EnterSLEEPMode(regulator, entry)

    • regulator = PWR_MAINREGULATOR_ON

    • entry = PWR_SLEEPENTRY_WFI / PWR_SLEEPENTRY_WFE

• Stop：

  • HAL_PWR_EnterSTOPMode(regulator, entry)

    • regulator = PWR_MAINREGULATOR_ON / PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON

    • entry = PWR_STOPENTRY_WFI / PWR_STOPENTRY_WFE

• Standby：

  • HAL_PWR_EnterSTANDBYMode()（無參數）

• 輔助：

  • HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1)：開啟 Standby 喚醒腳（F103：PA0）。

  • __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU)：清喚醒標志。

  • HAL_SuspendTick() / HAL_ResumeTick()：暫停/恢復 SysTick。