13.三种低功耗和RTC实时时钟-海口c网

低功耗

低功耗的目的

电源对电子设备的重要性不言而喻，它是保证系统稳定运行的基础，而保证系统能稳定运行后，又有低功耗的要求。在很多应用场合中都对电子设备的功耗要求非常苛刻，如某些传感器信息采集设备，仅靠小型的电池提供电源，要求工作长达数年之久，且期间不需要任何维护；由于智慧穿戴设备的小型化要求，电池体积不能太大导致容量也比较小，所以也很有必要从控制功耗入手，提高设备的续行时间。

如何降低功耗

1、选择低功耗的芯片

STM32F103ZET6 F 标准类的

STM32L051C8T6 L 低功耗类的

2、降低 CPU 的主频

3、将不必要的片上外设，关闭，以及对应的时钟也关闭

4、设备可以设置低功耗模式，可以单片机自带的，睡眠，停止，待机 -- 课程中讲的

5、DHT11 KQM6600 设计电源的开关电路直接断电

KQM6600 F 引脚低功耗

6、产品的硬件原理图上的元器件，选择功耗比较低的器件

如何测量功耗

直流电源，显示设备的电压和电流，测试功耗。

万用表，电流档位，串联到电路中，测量电流，计算功耗。

STM32 中的电源系统

ADC 电源及参考电压（VDDA 供电区域）。为了提高转换精度， STM32 的 ADC 配有独立的电源接口，方便进行单独的滤波。ADC 的工作电源使用 VDDA 引脚输入，使用 VSSA 作为独立的地连接， VREF 引脚则为 ADC 提供测量使用的参考电压。

调压器供电电路（VDD/1.8V 供电区域）。在 STM32 的电源系统中调压器供电的电路是最主要的部分，调压器为备份域及待机电路以外的所有数字电路供电，其中包括内核、数字外设以及 RAM，调压器的输出电压约为 1.8V，因而使用调压器供电的这些电路区域被称为 1.8V 域。调压器可以运行在“运行模式”、“停止模式”以及“待机模式”。在运行模式下， 1.8V 域全功率运行；在停止模式下 1.8V 域运行在低功耗状态， 1.8V 区域的所有时钟都被关闭，相应的外设都停止了工作，但它会保留内核寄存器以及 SRAM 的内容；在待机模式下，整个 1.8V 域都断电，该区域的内核寄存器及 SRAM 内容都会丢失(备份区域的寄存器不受影响)。

备份域电路（后备供电区域）。STM32 的 LSE 振荡器、 RTC 及备份寄存器这些器件被包含进备份域电路中，这部分的电路可以通过 STM32 的 VBAT 引脚获取供电电源，在实际应用中一般会使用 3V 的钮扣电池对该引脚供电

后备供电区域如何实现始终有电

如果要实现备份域电路(后背供电区域)一直有电，需要 VBAT 引脚接纽扣电池

备份域一直有电，可以实现 RTC 时间掉电不丢失

有的开发板：VBAT 引脚没有接纽扣电池

STM32 中的低功耗

按功耗由高到低排列， STM32 具有运行、睡眠、停止和待机四种工作模式。上电复位后 STM32 处于运行状态时，当内核不需要继续运行，就可以选择进入后面的三种低功耗模式降低功耗，这三种模式中，电源消耗不同、唤醒时间不同、唤醒源不同，用户需要根据应用需求，选择最佳的低功耗模式。

睡眠模式

在睡眠模式中，仅关闭了内核时钟，内核停止运行，但其片上外设， CM3 核心的外设全都还照常运行。两种方式进入睡眠模式，它的进入方式决定了从睡眠唤醒的方式，分别是 WFI(wait for interrupt)和 WFE(wait for event)，即由等待“中断”唤醒和由“事件”唤醒。

停止模式

在停止模式中，进一步关闭了其它所有的时钟，于是所有的外设都停止了工作，但由于其 1.8V 区域的部分电源没有关闭，还保留了内核的寄存器、内存的信息，所以从停止模式唤醒，并重新开启时钟后，还可以从上次停止处继续执行代码。停止模式可以由任意一个外部中断(EXTI)唤醒，在停止模式中可以选择电压调节器为开模式或低功耗模式。

待机模式

待机模式，它除了关闭所有的时钟，还把 1.8V 区域的电源也完全关闭了，也就是说，从待机模式唤醒后，由于没有之前代码的运行记录，只能对芯片复位，重新检测 boot 条件，从头开始执行程序。它有四种唤醒方式，分别是 WKUP(PA0)引脚的上升沿， RTC 闹钟事件， NRST 引脚的复位和 IWDG(独立看门狗)复位。

三种低功耗模式的编程

进入各种低功耗模式时都需要调用 WFI 或 WFE 命令，它们实质上都是内核指令，在库文件

core_cm3.h 中把这些指令封装成了函数

睡眠模式

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
UART1_Config();
LED_Config();
EXTI_Config();
printf("进入睡眠模式前\r\n");
__WFI();
printf("退出睡眠模式后\r\n");
while(1)
{}
/*
三种低功耗：睡眠
如何进入：调用__WFI,等待中断
如何退出：任一中断
谁的功耗最低：三者中最高的
退出之后，代码从哪里运行：从原来位置继续运行
IO 的状态：对 IO 口没有影响
使用场景：几乎没啥用
*/

停止模式

直接调用 WFI 和 WFE 指令可以进入睡眠模式，而进入停止模式则还需要在调用指令前设置一些寄存器位，STM32 标准库把这部分的操作封装到 PWR_EnterSTOPMode 函数中了。这个函数有两个输入参数，分别用于控制调压器的模式及选择使用 WFI 或 WFE 停止，代码中先是根据调压器的模式配置 PWR_CR 寄存器，再把内核寄存器的 SLEEPDEEP 位置 1，这样再调用 WFI 或 WFE 命令时， STM32 就不是睡眠，而是进入停止模式了。函数结尾处的语句用于复位 SLEEPDEEP 位的状态，由于它是在 WFI 及 WFE 指令之后的，所以这部分代码是在 STM32 被唤醒的时候才会执行。

要注意的是进入停止模式后， STM32 的所有 I/O 都保持在停止前的状态，而当它被唤醒时， STM32 使用 HSI 作为系统时钟(8MHz)运行，由于系统时钟会影响很多外设的工作状态，所以一般我们在唤醒后会重新开启 HSE，把系统时钟设置回原来的状态。

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
UART1_Config();
LED_Config();
EXTI_Config();
printf("进入停止模式前\r\n");
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);
PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower,PWR_STOPEntry_WFI);
SystemInit();
printf("退出停止模式后\r\n");
while(1)
{}
/*
三种低功耗：停止
如何进入：PWR_EnterSTOPMode
如何退出：任一外部中断
谁的功耗最低：三者中居中
退出之后，代码从哪里运行：从原来位置继续运行
IO 的状态：对 IO 口没有影响
使用场景：
注意：
1.退出停止之后，选择 HSI 作为系统时钟，需要重新调用时钟初始化，选择 HSE(8M)*9 的 PLLCLK
作为系统时钟
2.设置 PWR 的寄存器，需要开启 PWR 的时钟
*/

待机模式

STM32 标准库也提供了控制进入待机模式的函数：PWR_EnterSTANDBYMode该函数中先配置了 PDDS 寄存器位及 SLEEPDEEP 寄存器位，接着调用__force_stores 函数确保存储操作完毕后再调用 WFI 指令，从而进入待机模式。这里值得注意的是，待机模式也可以使用 WFE 指令进入的，如果您有需要可以自行修改。在进入待机模式后，除了被使能了的用于唤醒的 I/O，其余 I/O 都进入高阻态，而从待机模式唤醒后，相当于复位 STM32 芯片，程序重新从头开始执行。

int main(void)
{NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);SysTick_Config(SystemCoreClock/1000); //core_cm3.h 1827 行UART1_Config();KEY_Config();LED_Config();printf("准备进入主循环\r\n");while(1){if(KEY_Period[0]>=KEY_Period[1]){KEY_Period[0]=0;KEY_Handle();}if(LED_Period[0]>=LED_Period[1]){LED_Period[0]=0;printf("主循环正在执行\r\n");}}
}

void KEY_Handle(void)
{uint8_t KEY_State = 0;KEY_State = KEY_SCAN();switch(KEY_State){case 0: //无按键按下break;case 1: //按键 1 短按并松手break;case 4: //按键 4 短按并松手printf("进入待机模式前\r\n");RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE); //使能 WakeUp 唤醒功能PWR_EnterSTANDBYMode();//进入待机模式break;case 5: break;case 6: break;case 7:break;case 8: break;default:break;}
}
/*
三种低功耗：待机
如何进入：PWR_EnterSTANDBYMode
如何退出：WKUP 引脚的上升沿、 RTC 闹钟事件的上升沿、 NRST 引脚上外部复位、 IWDG 复位。
谁的功耗最低：三者中最低
退出之后，代码从哪里运行：从头运行
IO 的状态：将 IO 设置成高阻态(浮空输入)
使用场景：额温枪，把 PA0 按键配置成唤醒按键，当设备 2 分钟无人使用，进入待机模式
户外设备，配置成 RTC 闹钟事件唤醒，唤醒之后，采集数据，上报平台，上报成功，
继续进入待机模式，等待闹钟唤醒。
注意：
1.开 PWR 的时钟
2.使能 PA0 唤醒功能
如何解决代码无法下载：
1.退出低功耗模式，就可以下载
2.一手按复位键，一手点下载，点击下载之后松开复位键，下载成功
*/

RTC 实时时钟

RTC 实时时钟的作用

RTC--实时时钟

本质上：依然是定时器，为什么必须有它，因为它可以实现掉电不丢失，时间能继续运行。

实现实时时钟的必要硬件

做一个日历:让整个设备断电之后,时间不丢失,使用单片机内部的 RTC 功能做实时时钟，必须 VBAT 引脚有电池

STM32 内部的 RTC 介绍

注释：当 VDD 有电的情况下，后备供电区域由 VDD 提供电源，当 VDD 断电之后，由 VBAT 给后备供电区域提供电源。如果 VBAT 引脚没有接电池，VDD 掉电之后，后备供电区域也停止工作了。意味着时间从头运行了。

实时时钟是一个独立的定时器。 RTC 模块拥有一组连续计数的计数器，在相应软件配置下，可提供时钟日历的功能。修改计数器的值可以重新设置系统当前的时间和日期。

RTC 模块和时钟配置系统(RCC_BDCR 寄存器)处于后备区域，即在系统复位或从待机模式唤醒后， RTC 的设置和时间维持不变。

系统复位后，对后备寄存器和 RTC 的访问被禁止，这是为了防止对后备区域(BKP)的意外写操作。执行以下操作将使能对后备寄存器和 RTC 的访问：

● 设置寄存器 RCC_APB1ENR 的 PWREN 和 BKPEN 位，使能电源和后备接口时钟。

● 设置寄存器 PWR_CR 的 DBP 位，使能对后备寄存器和 RTC 的访问。

RTC 由两个主要部分组成(参见下图)。第一部分(APB1 接口)用来和 APB1 总线相连。此单元还包含一组 16位寄存器，可通过 APB1 总线对其进行读写操作(参见 16.4 节)。APB1 接口由 APB1 总线时钟驱动，用来与 APB1总线接口。另一部分(RTC 核心)由一组可编程计数器组成，分成两个主要模块。第一个模块是 RTC 的预分频模块，它可编程产生最长为 1 秒的 RTC 时间基准 TR_CLK。RTC 的预分频模块包含了一个 20 位的可编程分频器(RTC 预分频器)。如果在 RTC_CR 寄存器中设置了相应的允许位，则在每个 TR_CLK 周期中 RTC 产生一个中断(秒中断)。第二个模块是一个 32 位的可编程计数器，可被初始化为当前的系统时间。系统时间按 TR_CLK 周期累加并与存储在 RTC_ALR 寄存器中的可编程时间相比较，如果 RTC_CR 控制寄存器中设置了相应允许位，比较匹配时将产生一个闹钟中断。

STM32 内部的 RTC 时钟源介绍

STM32 内部的 RTC 的接口函数

涉及到四章参考手册 PWR BKP RTC RCC

STM32 内部 RTC 初始化过程

1. 开 BKP 和 PWR 的时钟 -- 参考手册 16.1

2. 允许对后背区域和 RTC 的访问操作 -- 参考手册 16.1

3. 将 RTC 的时钟配置成 LSE

4. 使能 RTC 时钟，并等待 APB1 和 RTC 同步完成 -- 参考手册 16.3.3

5. 对 RTC 进行分频，计数频率设置成 1HZ

6. 设置 RTC 的初始值，把当前时间给他

7. 需要使用秒中断，就配置秒中断

8. 需要使用闹钟，就配置闹钟 -- 不使用

手写算法实现

通过平年闰年手动计算。

如何获取准确时间

通过串口发送给单片机，单片机解析出来时间，跟新到 RTC 中

设备连接网络，获取当前时间，更新到 RTC 中

注意：正常情况下如果 VBAT 引脚接电池，RTC 时间掉电不丢失，不接电池，掉电丢失。

编程实现 RTC 时钟

利用 time 接口实现

mktime();//根据结构体转成秒数

localtime();//将秒数转换成本地时间结构体
时间戳(Unix timestamp)转换工具 - 在线工具

#include "RTC.h"
#include "time.h"struct tm Set_Time = {0, 15, 14, 22, 5-1, 2025-1900};//待设置的时间
uint32_t Set_Time_Cnt;//待设置的秒数
struct tm *Now_Time = NULL;//结构体指针，当前时间
uint32_t Now_Time_Cnt;//当前时间秒数uint8_t RTC_Sec_Flag = 0;//秒标志位void RTC_Config(void)
{//开启PWR,BKP时钟，位置27,28置1RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);//使能PWR_CR的DBP位8置1PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);//启用低速外部晶振（LSE），它通常用于提供一个稳定的32.768 kHz时钟源，用于RTC的计时。RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);//等待LSE（低速外部晶振）稳定并就绪。RCC_FLAG_LSERDY标志位在LSE稳定时会被置位，代码会等待直到该标志位为1。while (RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY) == RESET){}//选择LSE为RTC的时钟源32.768khzRCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);//使能RTC时钟RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);//等待RTC寄存器与APB时钟同步。由于RTC模块是一个独立的外设，它的寄存器更新可能需要一些时间。RTC_WaitForSynchro();//检测上次是否操作完成RTC_WaitForLastTask();//对RTC分频，内部默认累加1,配置RTC_CRL_CNF/* RTC period = RTCCLK/RTC_PR = (32.768 KHz)/(32767+1) f=32768/32768=1hzt=1/f=1s*/RTC_SetPrescaler(32767); //检测上次是否操作完成RTC_WaitForLastTask();NVIC_InitTypeDef   NVIC_InitStructure = {0};NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = RTC_IRQn;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;//抢占优先级NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;//次级优先级NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//使能秒中断，CRHRTC_ITConfig(RTC_IT_SEC, ENABLE);//等待操作完成RTC_WaitForLastTask();//更新待设置的时间到RTC中Time_Adjust();
}void Time_Adjust(void)
{//1.检测上一次是否操作完成  参考手册16.3.4描述  判断参考手册16.4.2的位5是否置1RTC_WaitForLastTask();//2.将时间结构体转换成秒数Set_Time_Cnt = mktime(&Set_Time);//根据结构体转换成秒数//3.将当前时间戳更新到计数器中   参考手册16.4.5RTC_SetCounter(Set_Time_Cnt);//4.检测上一次是否操作完成  参考手册16.3.4描述  判断参考手册16.4.2的位5是否置1RTC_WaitForLastTask();
}void RTC_IRQHandler(void)
{//1.检测中断标志位   判断参考手册16.4.2的位0是否置1	if (RTC_GetITStatus(RTC_IT_SEC) != RESET){//2.执行中断服务函数具体内容RTC_Sec_Flag = 1;//3.清除中断标志位  参考手册16.4.2的位0清0	RTC_ClearITPendingBit(RTC_IT_SEC);//4.检测上一次是否操作完成  参考手册16.3.4描述  判断参考手册16.4.2的位5是否置1	RTC_WaitForLastTask();}
}