tags: [source-summary] type: source source: "尚硅谷嵌入式技术之STM32单片机（扩展篇）V1.0.0 — 第1章：电源控制 + 配套代码15~20" author: "尚硅谷研究院" date: 2026-07-15

created: 2026-07-15

电源管理与低功耗模式

用生活理解：STM32 有多种低功耗模式就像你家里的电器——运行模式是所有电器全开（费电），睡眠模式是关灯但空调继续开（CPU 停，外设继续），停止模式是只留冰箱（维持寄存器），待机模式是拉总闸（只剩下 Vbat 供 RTC）。越省电的模式唤醒越慢。

电源框图

STM32 的电源系统分为多个供电区域：

区域	电压	供电对象	特点
VDD 区域	3.3V	I/O 电路、待机电路、电压调节器	数字部分主电源
VDDA 区域	3.3V	ADC、温度传感器、复位模块、PLL	模拟部分独立电源（去耦更好）
1.8V 区域	1.8V	CPU 内核、SRAM、内部数字外设	由电压调节器从 3.3V 降压得到
备份区域 (VBAT)	3.3V/电池	RTC、LSE 振荡器、BKP 寄存器、PC13~15	VDD 断电时由 VBAT 维持

参考：参考手册 §5（电源控制 PWR 寄存器）、原理图电源部分参考：AMS1117 数据手册（板上 5V→3.3V LDO）

电压调节器

电压调节器将 VDD(3.3V) 转换为内核所需的 1.8V，有 3 种工作模式：

调节器模式	输出状态	对应的 MCU 模式
运转模式 (MR)	正常输出 1.8V	运行/睡眠
停止模式 (LPR)	低功耗输出 1.8V（电流小）	停止
待机模式	关闭（无输出）	待机（内核掉电）

上电复位（POR）与掉电复位（PDR）

内部复位电路监控 VDD/VDDA 电压：

电压升高到 VPOR(~1.8V) → 解除复位 → MCU 启动
电压下降到 VPDR(~1.5V) → 进入复位 → MCU 停止

两者之间有 40mV 的迟滞，防止电压在阈值附近抖动时频繁复位。

参考：参考手册 §5.2（上电/掉电复位特性）

可编程电压检测器（PVD）

PVD（Programmable Voltage Detector）监控 VDD 电压，当电压低于可编程阈值时，可以产生中断（不是复位）。

PVD 阈值选择 (PLS[2:0])	阈值电压
000	2.2V
001	2.3V
010	2.4V
011	2.5V
100	2.6V
101	2.7V
110	2.8V
111	2.9V

// PVD 配置示例：阈值 2.7V，下降沿中断
PWR->CR |= PWR_CR_PLS_2 | PWR_CR_PLS_1;   // PLS[2:0]=110 → 2.8V
PWR->CR |= PWR_CR_PVDE;                    // PVDE=1 使能PVD
// PVD 中断: EXTI16 线
EXTI->RTSR &= ~EXTI_RTSR_TR16;             // 下降沿触发（电压下降）
EXTI->FTSR |= EXTI_FTSR_TR16;
EXTI->IMR |= EXTI_IMR_MR16;
NVIC_EnableIRQ(PVD_IRQn);

// PVD 中断处理
void PVD_IRQHandler(void)
{
    if (EXTI->PR & EXTI_PR_PR16)
    {
        // 电压低于 2.8V → 紧急保存数据到备份寄存器
        SaveEmergencyData();
        EXTI->PR |= EXTI_PR_PR16;
    }
}

三种低功耗模式对比

特性	睡眠 (Sleep)	停止 (Stop)	待机 (Standby)
CPU 内核	停止	停止	断电
SRAM/寄存器	保持	保持	丢失
备份域	保持	保持	保持
电压调节器	运转模式	低功耗模式	关闭
典型功耗	~10mA	~30μA	~2μA
唤醒源	任意中断/事件	EXTI 中断	RTC 闹钟、WKUP 引脚、NRST
唤醒时间	~0.9μs	~5μs	~50ms（需重新初始化）

睡眠模式（Sleep）

CPU 停止，外设继续工作。任何中断或事件都能唤醒。

进入方式：

// 执行 WFI 指令（Wait For Interrupt）
__WFI();          // 等待中断唤醒

// 或执行 WFE 指令（Wait For Event）
__WFE();          // 等待事件唤醒

SLEEP-NOW vs SLEEP-ON-EXIT：

SCB->SCR &= ~SCB_SCR_SLEEPONEXIT_Msk;  // SLEEPDEEP=0, SLEEPONEXIT=0
//   SLEEP-NOW: 执行 WFI 立即进睡眠
//   SLEEP-ON-EXIT: 进中断→退出中断时自动睡眠

SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPONEXIT_Msk;    // SLEEPONEXIT=1
//   SLEEP-ON-EXIT: 执行 WFI → 最低优先级 ISR 退出后进睡眠

停止模式（Stop）

CPU + 所有外设时钟都停止，但 SRAM 和寄存器内容保留。电压调节器切到低功耗模式。

配置与进入：

// 进入停止模式的函数
void enter_stop_mode(void)
{
	// 1. 设置深度睡眠模式
	SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP;

	// 2. 开启PWR模块时钟
	RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;

	// 3. 设置PDDS = 0，表示停止模式
	PWR->CR &= ~PWR_CR_PDDS;

	// 4. 设置电压调节器的工作模式：低功耗模式
	PWR->CR |= PWR_CR_LPDS;

	// 5. 使用WFI指令，进入停止模式
	__WFI();
}

唤醒后：触发 EXTI 中断后，系统从停止模式恢复，执行 ISR，恢复运行主程序。

待机模式（Standby）

最省电模式。1.8V 内核域完全断电（SRAM 和寄存器内容丢失），仅备份域（VBAT）和待机电路保持。

配置与进入：

// 进入待机模式的函数
void enter_standby_mode(void)
{
	// 1. 设置深度睡眠模式
	SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP;

	// 2. 设置PDDS = 1，表示待机模式
	PWR->CR |= PWR_CR_PDDS;

	// 3. 使能 PA0 的唤醒功能
	PWR->CSR |= PWR_CSR_EWUP;

	// 4. 使用WFI指令，进入待机模式
	__WFI();
}

// 唤醒后相当于系统复位！从 startup 重新执行。

唤醒后检测：

// 开启PWR模块时钟
RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;

// 判断标志位来判断是否从待机模式唤醒
if (PWR->CSR & PWR_CSR_SBF)
{
    printf("从待机模式唤醒：\n");
    PWR->CR |= PWR_CR_CSBF;
}
if (PWR->CSR & PWR_CSR_WUF)
{
    printf("产生了唤醒事件：\n");
    PWR->CR |= PWR_CR_CWUF;
}

实验：睡眠/停止/待机模式

项目路径

实验	寄存器版	HAL 库版
睡眠模式	`stm32/15_lowpower_sleep_register`	`stm32/16_lowpower_sleep_hal`
停止模式	`stm32/17_lowpower_stop_register`	`stm32/18_lowpower_stop_hal`
待机模式	`stm32/19_lowpower_standby_register`	`stm32/20_lowpower_standby_hal`

文件：stm32/17_lowpower_stop_register/User/main.c（停止模式，进入停止模式后通过 KEY 唤醒）

#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "key.h"

void enter_stop_mode(void);
void get_clock_freq(uint32_t *sys_clock, uint32_t *AHB_clock, uint32_t *APB2_clock, uint32_t *APB1_clock);

int main(void)
{
	// 初始化
	USART_Init();
	LED_Init();
	KEY_Init();

	printf("尚硅谷低功耗实验：停止模式...\n");

	// 1. 点亮LED灯，延时2s，模拟正常运行程序
	LED_On(LED_2);
	Delay_s(2);

	while (1)
	{
		// 2. 进入停止模式
		printf("正常运行执行完毕，3s后进入停止模式...\n");
		Delay_s(3);
		printf("进入停止模式...\n");
		Delay_ms(1);	// 稍作延时确保串口信息成功发送
		enter_stop_mode();

		uint32_t sys_clock, ahb_clock, apb1_clock, apb2_clock;
		get_clock_freq(&sys_clock, &ahb_clock, &apb2_clock, &apb1_clock);

		// 3. 重新进行系统初始化，配置系统时钟
		SystemInit();

		printf("唤醒前的时钟频率：\nsys_clock = %d, ahb_clock = %d, apb1_clock = %d, apb2_clock = %d\n\n",
				sys_clock, ahb_clock, apb1_clock, apb2_clock);

		get_clock_freq(&sys_clock, &ahb_clock, &apb2_clock, &apb1_clock);

		printf("唤醒后的时钟频率：\nsys_clock = %d, ahb_clock = %d, apb1_clock = %d, apb2_clock = %d\n\n",
				sys_clock, ahb_clock, apb1_clock, apb2_clock);

		// 4. 以下代码只有在唤醒之后才会执行
		printf("从停止模式唤醒...\n");
		Delay_s(2);
	}
}

// 进入深度睡眠模式的函数
void enter_stop_mode(void)
{
	// 1. 设置深度睡眠模式
	SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP;

	// 2. 开启PWR模块时钟
	RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;

	// 3. 设置PDDS = 0，表示停止模式
	PWR->CR &= ~PWR_CR_PDDS;

	// 4. 设置电压调节器的工作模式：低功耗模式
	PWR->CR |= PWR_CR_LPDS;

	// 5. 使用WFI指令，进入停止模式
	__WFI();
}

// 自定义函数，查询各时钟频率（系统时钟sysclock、AHB、APB2、APB1）
void get_clock_freq(uint32_t *sys_clock, uint32_t *AHB_clock, uint32_t *APB2_clock, uint32_t *APB1_clock)
{
	// 1. 获取时钟源
	uint32_t clock_src = RCC->CFGR & RCC_CFGR_SWS;

	// 2. 根据时钟源获取系统时钟频率
	if (clock_src == RCC_CFGR_SWS_HSE)
	{
		*sys_clock = HSE_VALUE;
	}
	else if (clock_src == RCC_CFGR_SWS_HSI)
	{
		*sys_clock = HSI_VALUE;
	}
	else if (clock_src == RCC_CFGR_SWS_PLL)
	{
		// 取倍频系数值
		uint32_t mul = ((RCC->CFGR & RCC_CFGR_PLLMULL) >> 18) + 2;
		*sys_clock = HSE_VALUE * mul;
	}

	// 3. 根据分频系数确定最终时钟频率
	// 3.1 AHB
	// 3.1.1 获取分频系数
	uint32_t hpre = (RCC->CFGR & RCC_CFGR_HPRE) >> 4;
	// 3.1.2 检查最高位来判断是否有分频
	if (hpre & 0x8)
	{
		// 有分频，取低三位
		uint32_t n = hpre & 0x7;
		// 与4比较，选则n+1位或n+2位
		if (n < 4)
		{
			*AHB_clock = *sys_clock >> (n+1);
		}
		else
		{
			*AHB_clock = *sys_clock >> (n+2);
		}
	}
	else
	{
		// 没有分频
		*AHB_clock = *sys_clock;
	}

	// 3.2 APB1
	// 3.2.1 获取分频系数
	uint32_t ppre1 = (RCC->CFGR & RCC_CFGR_PPRE1) >> 8;
	// 3.2.2 检查最高位来判断是否有分频
	if (ppre1 & 0x4)
	{
		*APB1_clock = *AHB_clock >> ((ppre1 & 0x3) + 1);
	}
	else
	{
		// 没有分频
		*APB1_clock = *AHB_clock;
	}

	// 3.3 APB2
	// 3.3.1 获取分频系数
	uint32_t ppre2 = (RCC->CFGR & RCC_CFGR_PPRE2) >> 11;
	// 3.3.2 检查最高位来判断是否有分频
	if (ppre2 & 0x4)
	{
		*APB2_clock = *AHB_clock >> ((ppre2 & 0x3) + 1);
	}
	else
	{
		// 没有分频
		*APB2_clock = *AHB_clock;
	}
}

文件：stm32/19_lowpower_standby_register/User/main.c（待机模式，通过 PA0 WKUP 引脚唤醒）

#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "key.h"

void enter_standby_mode(void);

int main(void)
{
	// 初始化
	USART_Init();
	LED_Init();
	KEY_Init();

	// 开启PWR模块时钟
	RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_PWREN;

	// 判断标志位来判断是否从待机模式唤醒
	if (PWR->CSR & PWR_CSR_SBF)
	{
		printf("从待机模式唤醒：\n");
		PWR->CR |= PWR_CR_CSBF;
	}
	if (PWR->CSR & PWR_CSR_WUF)
	{
		printf("产生了唤醒事件：\n");
		PWR->CR |= PWR_CR_CWUF;
	}

	printf("尚硅谷低功耗实验：待机模式...\n");

	// 1. 点亮LED灯，延时2s，模拟正常运行程序
	LED_On(LED_2);
	Delay_s(2);

	while (1)
	{
		// 2. 进入待机模式
		printf("正常运行执行完毕，3s后进入待机模式...\n");
		Delay_s(3);
		printf("进入待机模式，按下KEY唤醒...\n");
		Delay_ms(1);	// 稍作延时确保串口信息成功发送
		enter_standby_mode();

		// 4. 以下代码不会执行
		printf("从待机模式唤醒...\n");
		Delay_s(2);
	}
}

// 进入待机模式的函数
void enter_standby_mode(void)
{
	// 1. 设置深度睡眠模式
	SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP;

	// 2. 设置PDDS = 1，表示待机模式
	PWR->CR |= PWR_CR_PDDS;

	// 3. 使能 PA0 的唤醒功能
	PWR->CSR |= PWR_CSR_EWUP;

	// 4. 使用WFI指令，进入待机模式
	__WFI();
}

核心速查表

操作	寄存器操作	HAL 库函数
进入睡眠	`__WFI()`（或 __WFE）	`HAL_PWR_EnterSLEEPMode()`
进入停止	`PWR.LPDS=1 + SCR.SLEEPDEEP=1 + __WFI()`	`HAL_PWR_EnterSTOPMode()`
进入待机	`SCR.SLEEPDEEP=1 + PWR.PDDS=1 + __WFI()`	`HAL_PWR_EnterSTANDBYMode()`
配置 PVD	`PWR.PLS + PWR.PVDE + EXTI16`	`HAL_PWR_ConfigPVD()`
清除唤醒标志	`PWR.CSR.WUF=1`	`__HAL_PWR_CLEAR_FLAG()`
检测待机唤醒	`PWR.CSR.SBF`	`__HAL_PWR_GET_FLAG()`

常见问题与避坑

停止模式功耗高 → 检查所有 GPIO 是否关闭上下拉、所有外设时钟是否关闭（RCC->APBxENR=0）
无法唤醒 → 检查 EXTI 配置（必须配置为事件或中断）、NVIC 优先级
待机后 GPIO 输出乱 → 待机模式 GPIO 复位为默认浮空输入，恢复后需重新初始化
待机模式功耗还是很高 → 检查 VBAT 引脚是否接 VDD、WKUP 引脚是否有漏电路径
多次进出停止模式后异常 → 检查唤醒标志是否清除（PWR.CSR.WUF）

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