MCU关键指标：低功耗模式下的消耗电流-超低功耗单片机原理与应用

在可穿戴设备、物联网终端等应用中，功耗是非常重要和苛刻的一个设计考量，这就需要工程师选用低功耗MCU等电子器件，以提高设备的续航时间。那么，什么是低功耗MCU呢？

简单来讲，就是支持低功耗模式的MCU，这就要求工程师在低功耗、短启动时间和多种唤醒事件之间进行平衡，为自己的设计方案选择一个合适的MCU。以下以MM32F003为例进行说明。

1. 低功耗模式

MM32F003支持睡眠、停机和待机模式，可以在要求低功耗、短启动时间和多种唤醒事件之间达到最佳的平衡。在系统或电源复位以后，MCU就一直处于运行状态。这时的时钟源为CPU提供时钟，内核执行程序代码。当CPU不需继续运行时，可以利用多个低功耗模式来降低功耗，例如等待某个外部事件时。

（1）睡眠模式

在睡眠模式，只有CPU停止，所有外设处于工作状态并可在发生中断/事件时唤醒CPU。

（2）停机模式

在保持SRAM和寄存器内容不丢失的情况下，停机模式可以达到最低的电能消耗。在停机模式下，停止所有内部1.8V部分的供电，PLL、HSI的振荡器和HSE晶体振荡器被关闭，调压器可以被置于普通模式或低功耗模式。

可以通过任一配置成EXTI的信号把MCU从停机模式中唤醒，EXTI信号可以是16个外部I/O口之一、PVD的输出的唤醒信号。

（3）待机模式

待机模式可实现系统的最低功耗。该模式是在CPU深睡眠模式时关闭电压调节器，内部所有的1.5V部分的供电区域被断开，HSI和HSE振荡器也都关闭。可以通过WKUP引脚的上升沿、NRST引脚的外部复位、IWDG复位唤醒或者看门狗定时器唤醒不复位。

有两种方式进入待机模式，可以通过设置独立的控制位，选择以下待机模式的功能：

（1）独立看门狗(IWDG)：可通过写入看门狗的键寄存器或硬件选择来启动IWDG。一旦启动了独立看门狗，除了系统复位，它不能再被停止。

（2）内部振荡器(LSI振荡器)：通过控制/状态寄存器(RCC_CSR)的LSION位来设置。

在进入待机模式后，除了被用于唤醒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MM32芯片，程序重新从头开始执行，SRAM和寄存器的内容将被丢失。

2. 电流消耗实测

电流消耗是多种参数和因素的综合指标，这些参数和因素包括工作电压、环境温度、I/O引脚的负载、产品的软件配置、工作频率、I/O脚的翻转速率、程序在存储器中的位置以及执行的代码等。

（1）停机和待机模式最大电流消耗

表中是MM32F003处于下列条件时的数值：

（1）所有的I/O引脚都处于输入模式，并连接到一个静态电平上—VDD，或VSS(无负载)。

（2）所有的外设都处于关闭状态，除非特别说明。

（3）闪存存储器的访问时间调整到fHCLK的频率(0 ～ 24MHz时为 0 个等待周期, 24～48MHz时为1个等待周期)。

（4）指令预取功能开启。当开启外设时：fPCLK1 = fHCLK。 （2）运行模式下的最大电流消耗

表中是MM32F003处于下列条件时的数值：

（1）所有的I/O引脚都处于输入模式，并连接到一个静态电平上—VDD或VSS(无负载)。

（2）所有的外设都处于关闭状态，除非特别说明。

（3）闪存存储器的访问时间调整到fHCLK的频率(0∼24MHz时为0个等待周期, 24∼48MHz时为1个等待周期)。

（4）指令预取功能开启。当开启外设时：fPCLK1 = fHCLK。

使用HSI振荡器，MM32F003从睡眠模式唤醒时间不超过4.2μs，从停机模式唤醒时间<12μs，从待机模式唤醒时间<230μs。