STM32F1单片机电源控制与看门狗功能详解

STM32F1单片机-PWR电源控制和WDG看门狗

一、PWR简介

  下图为STM32的电源框图
  从图中需要知道每个区域的供电引脚以及供电的电路

二、低功耗模式

  下图为低功耗模式表
  从上到下，关闭的电路越来越多，越来越省电，越来越难唤醒

  睡眠模式：调用WFI和WFE进入睡眠模式。WFI(等待中断)：任何外设发生中断时，芯片都会立刻醒来。WFE(等待事件)：事件唤醒，不需要进入中断。只关闭CPU时钟，对他电路无任何操作

  关闭电路通常有关闭时钟和关闭电源两个做法，关闭时钟：所有运算和涉及时序的操作都会暂停，寄存器和存储器的数据可以维持，不会消失。关闭电源：电路直接断电，电路操作和数据会直接丢失

  停机模式和待机模式：首先SLEEPDEEP= 1，之后PDDS=0-停机模式，PDDS=1-待机模式，LPDS=0-电压调节器开启，LPDS=1-电压调节器进入低功耗。调用WFI(中断唤醒)或者WFE(事件唤醒)进入低功耗模式。任一外部中断(不需要时钟)或外部事件唤醒停机模式。WKUP上升沿、RTC闹钟等唤醒待机模式(不区分WFI和WFE)。停机和待机同时关闭CPU和外设时钟、内外部高速时钟。停机模式不关闭电源，所以CPU和外设寄存器数据维持原状，待机模式全部关闭

  下图为模式选择配置
  执行WFI和WFE指令后，STM32进入低功耗模式

三、修改主频&睡眠模式&停机模式&待机模式

3.1 修改主频

  在system.stm32f10x.c文件中修改系统主频，默认72Mhz，文件是只读的，所以需要修改权限

#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

3.2 睡眠模式

  对于中断触发的代码，加入低功耗模式，不进入中断的时候，可以节省资源，有中断进来再进入中断函数
  利用串口收发函数模拟，调用__WFI();函数，程序进入睡眠模式，Running！不再闪烁，当STM32接收到数据触发中断时，程序继续进行，Runnging！闪烁一次，接着又进入睡眠模式，降低功耗

uint8_t RxData;
int main(void)
{
	OLED_Init();
	Serial_Init();
	OLED_ShowString(1,1,"RxData:");
	while(1)
	{
		if(Serial_GetRxFlag() == 1)
		{
			RxData = Serial_GetRxData();
			OLED_ShowHexNum(1,8,RxData,2);
		}
		
		OLED_ShowString(2,1,"Running!");
		Delay_ms(100);
		OLED_ShowString(2,1,"        ");
		Delay_ms(100);
		
		__WFI();		//开启睡眠模式(中断唤醒)
	}
}

3.3 停机模式

  停机模式使用外部中断唤醒，利用对射红外传感器模拟
  当外部中断不触发时，CountSensor_Get()会一直被扫描，浪费资源，可以使STM32进入低功耗模式，节省资源
  进入停机模式，需要使用PWR外设，所以需要开启APB1PWR时钟，然后调用PWR_EnterSTOPMode()函数，开启停机模式，外部中断发生时，芯片唤醒
  复位后第一次Running！闪烁很快，后面的Running！闪烁很慢，是由于第一次在是72Mhz主频，后面进入停止模式，默认时钟是8MHz

  注意按下复位按钮下载

int main(void)
{
	OLED_Init();
	CountSensor_Init();
	OLED_ShowString(1,1,"Count:");
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);//开启PWR时钟
	
	while(1)
	{
		OLED_ShowNum(1,7,CountSensor_Get(),5);
		
		OLED_ShowString(2,1,"Running:");
		Delay_ms(100);
		OLED_ShowString(2,1,"        ");
		Delay_ms(100);
		
		PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_ON,PWR_STOPEntry_WFI);//开启停止模式,外部中断唤醒
		SystemInit();//恢复主频
	}
}

3.4 待机模式

  待机模式唤醒需要特定的信号，使用RTC唤醒待机模式
  首先开启PWR时钟，然后调用PWR_EnterSTANDBYMode()开启待机模式。当RTC闹钟事件来临时，唤醒待机模式，唤醒一次后，程序从头开始，闹钟值会重新设置

int main(void)
{
	MyRTC_Init();
	OLED_Init();
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);	//开启PWR时钟
	
	OLED_ShowString(1,1,"CNT:");
	OLED_ShowString(2,1,"ALR:");
	OLED_ShowString(3,1,"ALRF:");
	uint32_t Alarm = RTC_GetCounter()+10;
	RTC_SetAlarm(Alarm);								//设定闹钟值
	
	OLED_ShowNum(2,6,Alarm,10);
	while(1)
	{
		OLED_ShowNum(1,6,RTC_GetCounter(),10);
		OLED_ShowNum(3,6,RTC_GetFlagStatus(RTC_FLAG_ALR),1);
		
		OLED_ShowString(4,1,"Running!");
		Delay_ms(100);
		OLED_ShowString(4,1,"        ");
		Delay_ms(100);
		
		PWR_EnterSTANDBYMode();							//开启待机模式
	}
}

四、WDG简介

4.1 独立看门狗原理

  下图为独立看门狗框图
  与定时器类似，看门狗使用的是自减运行，自减到0后，定时器产生更新事件或者中断，看门狗是直接产生复位，定时器是产生事件后自动重装值，看门狗需要在自减到0之前手动重装，不然就会进行复位，手动重装就是喂狗
  看门狗输入时钟是低速时钟LSI-40KHz，之后时钟进入8位预分频器进行预分频，最大256分频，预分频寄存器可以配置分频系数，之后每来一个时钟，12位递减计数器自减一个数，最大值是4095，自减到0后产生IWDG复位，在重装载数值写一个值，在键寄存器里写一个特定数据，控制电路进行喂狗，这时重装值就会复制到当前的计数器中，计数器就会回到重装值，重新自减运行了

  下面给出IWDG键寄存器

  下图为PR寄存器和分频系数的对应关系以及RL和时间关系
  PR给0对应系数是4，RL最小给0，最大是4096

4.2 窗口看门狗原理

  下图为窗口看门狗框图
  PCLK1时钟源36MHz进入预分频器WDGTB，然后到6位递减计数器(T6是溢出标志位，溢出产生复位信号)CNT，窗口看门狗没有重装寄存器，喂狗只需要在计数器里写入数据即可
  复位信号输出部分，WDGA是窗口看门狗激活位，给1启动窗口看门狗。T6=0时表示计数器溢出，产生复位信号，计算一个最早界限的计数值写入到W6-W0中，固定不变，执行写入CR操作时，即喂狗时的CNT计数值 > 窗口值，比较结果为1，也可以申请复位
  喂狗太晚，6位计数器减到0后，复位。喂狗太早，计数器的值超过窗口值，复位

  当计数器减到0x40(1000 0000)时，首先产生早期唤醒中断(EWI)，下一时刻才是复位

  下图为最小/最大超时值与分配系数关系
  WDGTB = 0，1，2，3对应1，2，4，8分频

4.3 IWDG和WWDG对比

  下图为IWDG和WWDG对比图

五、独立看门狗&窗口看门狗

5.1 独立看门狗

  步骤：打开LSI时钟(默认打开) — 键寄存器(解除写保护) — 写入预分频值和重装值 — 键寄存器(启动独立看门狗) — 键寄存器(写重装值-喂狗)

  当程序卡死超过设定时间时，即没在规定时间内喂狗，看门狗就会进行复位

int main(void)
{
	OLED_Init();
	Key_Init();
	OLED_ShowString(1,1,"IWDG TEST");
	
	if(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_IWDGRST) == SET)	//本次复位由IWDG产生
	{
		OLED_ShowString(2,1,"IWDGRST");
		Delay_ms(500);
		OLED_ShowString(2,1,"       ");
		Delay_ms(500);
		RCC_ClearFlag();							//清除标志位
	}
	else											//普通复位
	{
		OLED_ShowString(3,1,"RST");
		Delay_ms(500);
		OLED_ShowString(3,1,"   ");
		Delay_ms(500);
	}
	
	//时钟自动配置
	
	IWDG_WriteAccessCmd(IWDG_WriteAccess_Enable);	//解除写保护
	//超时时间1000ms=0.025*16*(2499+1)
	IWDG_SetPrescaler(IWDG_Prescaler_16);			//配置预分频值
	IWDG_SetReload(2499);							//配置重装值(0-4096)-喂狗
	IWDG_ReloadCounter();							//先喂狗,CNT初始值就是2499
	//启动看门狗
	IWDG_Enable();
	while(1)
	{
		Key_GetNum();								//按键一直按下,程序卡死,看门狗复位
		IWDG_ReloadCounter();						//喂狗
		//Delay_ms(950);//看门狗不复位
		//Delay_ms(1010);//程序卡死超过1000ms,看门狗会一直复位
	}
}

5.2 窗口看门狗

  步骤：打开PCLK1时钟(APB1时钟) — 配置预分频和窗口寄存器值 — 写入控制寄存器CR(看门狗使能、计数器溢出标志位和计数器有效位) — 计数器写值(喂狗)

  窗口看门狗需要设定窗口值和超时值，过早喂狗或卡死超时没来得及喂狗都会使得看门狗复位

int main(void)
{
	OLED_Init();
	Key_Init();
	OLED_ShowString(1,1,"WWDG TEST");
	
	if(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_WWDGRST) == SET)	//本次复位由WWDG产生
	{
		OLED_ShowString(2,1,"WWDGRST");
		Delay_ms(500);
		OLED_ShowString(2,1,"       ");
		Delay_ms(500);
		RCC_ClearFlag();							//清除标志位
	}
	else											//普通复位
	{
		OLED_ShowString(3,1,"RST");
		Delay_ms(500);
		OLED_ShowString(3,1,"   ");
		Delay_ms(500);
	}
	
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_WWDG,ENABLE);	//开启PCLK1时钟
	//超时50ms 窗口30ms
	WWDG_SetPrescaler(WWDG_Prescaler_8);	//分频系数8
	WWDG_SetWindowValue(0x40 | 21);			//窗口值是W5-W0,W6为1
	WWDG_Enable(0x40 | 54);					//计数器值是T5-T0,T6为1
	
	
	while(1)
	{
		//Key_GetNum();
		//Delay_ms(32);				//不延时则过早喂狗
		Delay_ms(55);				//延时则超时喂狗
		WWDG_SetCounter(0x40 | 54);	//喂狗
	}
}

作者：侥幸哥f