AN4635_在STM32L0和STM32L4系列微控制器中使用LPUART使功耗最小.pdf

在当今的物联网(IoT)领域，低功耗设计已经成为了一个非常关键的因素，特别是在电池供电的设备中。STMicroelectronics（ST）公司推出的STM32L0和STM32L4系列微控制器（MCU），专为低功耗应用而设计，提供了丰富的低功耗模式和优化的电源管理功能。这篇文章主要讨论了如何在STM32L0和STM32L4系列微控制器中使用低功耗通用异步收发传输器（LPUART）来最小化功耗，并通过实际示例演示了其在保持通信能力的同时如何实现极低的功耗。 让我们从文档中提到的几个关键概念开始理解： 1. **STM32L0和STM32L4系列微控制器**: 这两个系列的微控制器都是基于ARM Cortex-M0+和ARM Cortex-M4处理器构建的，并且它们包含了专为低功耗应用设计的LPUART接口。这些微控制器广泛应用于需要长电池寿命的便携式设备中。 2. **LPUART**: 低功耗UART是专为实现低功耗通信而优化的UART接口。与标准的UART相比，LPUART可以在更低的电源电压下工作，同时在不使用时通过各种电源管理技术达到更低的待机功耗。 3. **功耗管理**: 在文档中，作者详细讨论了如何利用STM32L0和STM32L4系列的低功耗特性来优化功耗。这包括了使用不同的运行模式（如Stop和Sleep模式）、调整时钟频率以及改变GPIO配置等策略。 接下来，我们将探讨一些详细的技术点： - **时钟子系统**: 时钟系统对微控制器的功耗有很大影响。通过使用不同的时钟源（例如内部高速时钟HSI和多速率时钟MSI），以及配置不同的时钟预分频和分频器，可以更精细地控制功耗。 - **电源管理**: STM32L0和STM32L4系列提供了多种电源管理选项，包括Stop模式和Sleep模式。Stop模式将尽可能多的模块关闭，而Sleep模式则关闭更多内部逻辑但保留必要的外设。通过合理选择和管理这些模式，可以极大地降低功耗。 - **工作模式**: STM32L0和STM32L4系列的LPUART支持轮询模式、中断模式（IT）、DMA模式和它们的组合使用。每种模式都有其适用场景和功耗特性，例如，轮询模式简单直接但可能不节能，而中断模式可以允许其他任务在UART空闲时执行，从而可能降低整体功耗。 - **SRAM执行**: STM32L0和STM32L4系列允许直接从SRAM执行代码，这是低功耗设计中的一个优势，因为这样可以避免运行时从闪存读取指令的能耗。 - **GPIO配置**: GPIO引脚的配置也会影响整体的功耗，例如，上拉电阻可能会增加功耗。 - **调压器设置**: STM32L0和STM32L4系列可以通过内部调压器运行在不同的电压级别下，调压器的设置也直接影响到功耗。 文章还提供了一系列测试和比较结果来展示如何通过不同的配置选项来最小化功耗。通过在STM32L053 Nucleo板和STM32L476 Nucleo板上进行测量，我们可以看到在不同配置下，例如使用Stop模式或Sleep模式、使用HSI或MSI作为时钟源、改变振荡器时钟速度和AHB分频比、以及配置ULP位等方式，对功耗的具体影响。 通过这些测试和比较，可以看出STM32L0和STM32L4系列微控制器在使用LPUART时，通过精心配置可以实现非常低的功耗，从而延长电池寿命并提高设备的能效。对于开发者而言，理解这些低功耗特性和如何在他们的应用中有效地使用这些特性是非常重要的。 本文为我们提供了关于STM32L0和STM32L4系列微控制器中LPUART的深入见解，同时提供了一系列实用的方法和数据来指导开发者如何优化这些微控制器的功耗特性，从而达到延长电池寿命的目的。通过实际的测量和配置例子，开发者可以了解到具体的配置对功耗的影响，并能在设计阶段就考虑到这些因素，来实现更加有效的电源管理。