STMicroelectronics 系列：STM32L4 系列 (低功耗)_（2）.低功耗架构与设计原理.docxVIP

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低功耗架构与设计原理

1.低功耗架构概述

STM32L4系列单片机是STMicroelectronics推出的低功耗微控制器，适用于需要长时间运行在电池供电的嵌入式系统中。该系列单片机采用了多种低功耗技术和架构，以确保在各种工作模式下都能实现最低的功耗。这些技术包括：

低功耗处理器核心：采用ARMCortex-M4内核，具备高效的处理能力和低功耗特性。

多种低功耗模式：提供多种低功耗模式，包括睡眠模式、停止模式和待机模式，以满足不同应用场景的需求。

低功耗外设：集成多个低功耗外设，如低功耗定时器、低功耗UART等，减少系统整体功耗。

电源管理：内置多种电源管理功能，如电压调节器、电源监控和复位电路等。

动态电压调节：支持动态电压调节，根据处理器负载自动调整供电电压，进一步降低功耗。

1.1低功耗处理器核心

STM32L4系列单片机采用ARMCortex-M4内核，该内核在保持高性能的同时，具备出色的低功耗特性。Cortex-M4内核支持多种低功耗指令集，可以有效降低处理任务时的功耗。此外，STM32L4还集成了浮点运算单元（FPU）和数字信号处理（DSP）指令，提高了处理复杂计算任务的能力。

1.1.1低功耗指令集

低功耗指令集是ARMCortex-M4内核的一个重要特性，它通过优化指令执行来减少功耗。以下是一个简单的代码示例，展示了如何使用低功耗指令集来优化代码：

//优化代码示例

uint32_tadd(uint32_ta,uint32_tb){

//使用低功耗指令集中的加法指令

__asmvolatile(add%0,%1,%2:=r(a):r(a),r(b));

returna;

}

1.2多种低功耗模式

STM32L4系列单片机提供了多种低功耗模式，以适应不同的应用场景。这些模式包括：

睡眠模式：处理器停止运行，但外设和RAM保持供电。

停止模式：处理器和外设停止运行，但系统时钟和RAM保持供电。

待机模式：处理器、外设和系统时钟停止运行，仅保留最低功耗的RTC和备份寄存器。

1.2.1睡眠模式

睡眠模式是STM32L4的一种低功耗模式，该模式下处理器停止运行，但外设和RAM保持供电。进入睡眠模式可以通过以下代码实现：

#includestm32l4xx_hal.h

voidenter_sleep_mode(void){

HAL_PWR_EnterSLEEPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON,PWR_SLEEPENTRY_WFI);

}

1.2.2停止模式

停止模式是STM32L4的另一种低功耗模式，该模式下处理器和外设停止运行，但系统时钟和RAM保持供电。进入停止模式可以通过以下代码实现：

#includestm32l4xx_hal.h

voidenter_stop_mode(void){

HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON,PWR_SLEEPENTRY_WFI);

}

1.2.3待机模式

待机模式是STM32L4的最低功耗模式，该模式下处理器、外设和系统时钟停止运行，仅保留最低功耗的RTC和备份寄存器。进入待机模式可以通过以下代码实现：

#includestm32l4xx_hal.h

voidenter_standby_mode(void){

HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();

}

2.低功耗外设

STM32L4系列单片机集成了多个低功耗外设，这些外设在低功耗模式下仍然可以正常工作，从而减少系统整体功耗。主要的低功耗外设包括：

低功耗定时器：可以在低功耗模式下继续计时。

低功耗UART：可以在低功耗模式下继续通信。

低功耗SPI：可以在低功耗模式下继续进行高速数据传输。

低功耗I2C：可以在低功耗模式下继续进行低速数据传输。

低功耗ADC：可以在低功耗模式下继续进行模拟信号的采集和转换。

2.1低功耗定时器

低功耗定时器（LPTIM）是STM32L4系列单片机的一个重要外设，它可以在低功耗模式下继续计时。以下是一个使用LPTIM的代码示例：

#includestm32l4xx_hal.h

LPTIM_HandleTypeDefhlptim1;

voidLPTIM1_Init(void){

__HAL_RCC_LPTIM1_CLK_ENABLE();

hlptim1.Instance