「正点原子NANO STM32开发板资料连载」第二十章 待机唤醒实验

1）实验平台：alientek NANO STM32F411 V1开发板
2）摘自《正点原子STM32F4 开发指南（HAL 库版》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子



第二十章 待机唤醒实验
本章我们将向大家介绍 STM32F4 的待机唤醒功能。在本章中，我们将利用 KEY_UP 按键
来实现唤醒和进入待机模式的功能，然后利用 DS0 指示状态。本章将分为如下几个部分：
20.1 STM32F4 待机模式简介
20.2 硬件设计
20.3 软件设计
20.4 下载验证
20.1 STM32F4 待机模式简介
很多单片机都有低功耗模式，STM32F4 也不例外。在系统或电源复位以后，微控制器处于
运行状态。运行状态下的 HCLK 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节省功耗，例如等待某个外部事件时。用户需要根据最低电源
消耗，最快速启动时间和可用的唤醒源等条件，选定一个最佳的低功耗模式。STM32F4 的 3 种
低功耗模式如下。
STM32F4 提供了 3 种低功耗模式，以到达不同层次的降低功耗的目的，这三种模式如下：
1)睡眠模式（CM4 内核停止，外设仍然运行）
2)停止模式（所有时钟都停止）
3)待机模式
在运行模式下，我们也可以通过降低系统时钟关闭 APB 和 AHB 总线上未被使用的外设的
时钟来降低功耗。三种低功耗模式一览表见表 20.1.1 所示：

在这三种低功耗模式中，最低功耗的是待机模式，在此模式下，最低只需要 2.1uA 左右的
电流。停机模式是次低功耗的，其典型的电流消耗在 113.7uA 左右。最后就是睡眠模式了。用
户可以根据自己的需求来决定使用哪种低功耗模式。
本章，我们仅对 STM32F4 的最低功耗模式-待机模式，来做介绍。待机模式可实现 STM32F4
的最低功耗。该模式是在 CM4 深睡眠模式时关闭电压调节器。整个 1.2V 供电区域被断电。PLL、
HSI 和 HSE 振荡器也被断电。SRAM 和寄存器内容丢失。除备份域（RTC 寄存器、RTC 备份
寄存器和备份 SRAM）和待机电路的寄存器外 SRAM 和寄存器内容都将丢失。
那么我们如何进入待机模式呢？其实很简单，只要按图 20.1.1 所示的步骤执行就可以了：

图 21.1.1 还列出了退出待机模式的操作，从图 21.1.1 可知，我们有 4 种方式可以退出待机
模式，包括：WKUP 引脚上的上升沿、RTC 闹钟、RTC 唤醒事件、RTC 入侵事件、RTC 时间
戳事件、外部复位（NRST 引脚）、IWDG 复位等，微控制器从待机模式退出。
从待机模式唤醒后的代码执行等同于复位后的执行(采样启动模式引脚，读取复位向量等)。
电源控制/状态寄存器(PWR_CSR)将会指示内核由待机状态退出。
在进入待机模式后，除了复位引脚、RTC_AF1 引脚（PC13）（如果针对入侵、时间戳、
RTC 闹钟输出或 RTC 时钟校准输出进行了配置）和 WK_UP（PA0）（如果使能了）等引脚外，
其他的 IO 引脚都将处于高阻态。
图 21.1.1 已经清楚的说明了进入待机模式的通用步骤，其中涉及到 2 个寄存器，即电源控
制寄存器（PWR_CR）和电源控制/状态寄存器（PWR_CSR）。下面我们介绍一下这两个寄存
器：
电源控制寄存器（PWR_CR），该寄存器的各位描述如图 20.1.2 所示：

该寄存器我们只关心 bit1 和 bit2 这两个位，这里我们通过设置 PWR_CR 的 PDDS 位，使
CPU 进入深度睡眠时进入待机模式，同时我们通过 CWUF 位，清除之前的唤醒位。
电 源 控 制 / 状 态 寄 存 器 （ PWR_CSR ） 的 各 位 描 述 如 图 20.1.3 所 示 ：

这里，我们通过设置 PWR_CSR 的 EWUP 位，来使能 WKUP 引脚用于待机模式唤醒。我
们还可以从 WUF 来检查是否发生了唤醒事件。不过本章我们并没有用到。关于 PWR_CR 和
PWR_CSR 这两个寄存器的详细描述，请看《STM32F411xC/E 参考手册》第 5.4.1 和 5.4.2 节。
对于使能了 RTC 闹钟中断或 RTC 周期性唤醒等中断的时候，进入待机模式前，必须按如
下操作处理：
1， 禁止 RTC 中断（ALRAIE、ALRBIE、WUtiE、TAMPIE 和 TSIE 等）。
2， 清零对应中断标志位。
3， 清除 PWR 唤醒(WUF)标志（通过设置 PWR_CR 的 CWUF 位实现）。
4， 重新使能 RTC 对应中断。
5， 进入低功耗模式。
在有用到 RTC 相关中断的时候，必须按以上步骤执行之后，才可以进入待机模式，这个大
家一定要注意，否则可能无法唤醒。详情请参考《STM32F411xC/E 参考手册》第 5.3.6 节。
通过以上介绍，我们了解了进入待机模式的方法，以及设置 KEY_UP 引脚用于把 STM32F4
从待机模式唤醒的方法。低功耗相关操作函数和定义再 HAL 库文件 stm32f4xx_hal_pwr.c 和头
文件 stm32f4xx_hal_pwr.h 中具体步骤如下：
1）使能 PWR 时钟。
因为要配置 PWR 寄存器，所以必须先使能 PWR 时钟。
在 HAL 库中，使能 PWR 时钟的方法是：
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
//使能 PWR 时钟
2) 设置 WK_UP 引脚作为唤醒源。
使能时钟之后后再设置 PWR_CSR 的 EWUP 位，使能 WK_UP 用于将 CPU 从待机模式唤
醒。在 HAL 库中，设置使能 WK_UP 用于唤醒 CPU 待机模式的函数是：
HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1); //设置 WKUP 用于唤醒
3）设置 SLEEPDEEP 位，设置 PDDS 位，执行 WFI 指令，进入待机模式。
进入待机模式，首先要设置 SLEEPDEEP 位（详见《STM32F3 与 F4 系列 Cortex M4 内核
编程手册》，第 214 页 4.4.6 节），接着我们通过 PWR_CR 设置 PDDS 位，使得 CPU 进入深度
睡眠时进入待机模式，最后执行 WFI 指令开始进入待机模式，并等待 WK_UP 中断的到来。在
库函数中，进行上面三个功能进入待机模式是在函数 HAL_PWR_EnterSTANDBYMode 中实现
的：
void HAL_PWR_EnterSTANDBYMode(void);
4）最后编写 WK_UP 中断服务函数。
因为我们通过 WK_UP 中断（PA0 中断）来唤醒 CPU，所以我们有必要设置一下该中断函
数，同时我们也通过该函数里面进入待机模式。关于外部中断服务函数以及中断服务回调函数
的使用方法请参考外部中断实验，这里我们就不做过多讲解。
通过以上几个步骤的设置，我们就可以使用 STM32F4 的待机模式了，并且可以通过
KEY_UP 来唤醒 CPU，我们最终要实现这样一个功能：通过长按（3 秒）KEY_UP 按键开机，
并且通过 DS0 的闪烁指示程序已经开始运行，再次长按该键，则进入待机模式，DS0 关闭，程
序停止运行。类似于手机的开关机。
20.2 硬件设计
本实验用到的硬件资源有：
1) 指示灯 DS0
2) KEY_UP 按键
本章，我们使用了 KEY_UP 按键用于唤醒和进入待机模式。然后通过 DS0 来指示程序是
否在运行。这两个硬件的连接前面均有介绍。
20.3 软件设计
打开待机唤醒实验工程，我们可以发现工程中多了一个 wkup.c 和 wkup.h 文件，相关的用
户代码写在这两个文件中。同时，对于待机唤醒功能，我们需要引入 stm32f4xx_hal_pwr.c 和
stm32f4xx_hal_pwr.h 文件。
打开 wkup.c，可以看到如下关键代码：
//系统进入待机模式
void Sys_Enter_Standby(void)
{
__HAL_RCC_AHB1_FORCE_RESET();
//复位所有 IO 口
while(WKUP_KD);
//等待 WK_UP 按键松开(在有 RTC 中断时,必须等 WK_UP 松开再进入待机)
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();
//使能 PWR 时钟
__HAL_RCC_BACKUPRESET_FORCE();
//复位备份区域
HAL_PWR_EnableBkUpAccess();
//后备区域访问使能
//STM32F4,当开启了 RTC 相关中断后,必须先关闭 RTC 中断,再清中断标志位,
然后重新设置
//RTC 中断,再进入待机模式才可以正常唤醒,否则会有问题.
__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_SB);
__HAL_RTC_WRITEPROTECTION_DISABLE(&RTC_Handler);//关闭 RTC 写保护
//关闭 RTC 相关中断，可能在 RTC 实验打开了
__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_DISABLE_IT(&RTC_Handler,RTC_IT_WUT);
__HAL_RTC_TIMESTAMP_DISABLE_IT(&RTC_Handler,RTC_IT_TS);
__HAL_RTC_ALARM_DISABLE_IT(&RTC_Handler,RTC_IT_ALRA|RTC_IT_ALRB);
//清除 RTC 相关中断标志位
__HAL_RTC_ALARM_CLEAR_FLAG(&RTC_Handler,RTC_FLAG_ALRAF|
RTC_FLAG_ALRBF);
__HAL_RTC_TIMESTAMP_CLEAR_FLAG(&RTC_Handler,RTC_FLAG_TSF);
__HAL_RTC_WAKEUPTIMER_CLEAR_FLAG(&RTC_Handler,RTC_FLAG_WUTF);
__HAL_RCC_BACKUPRESET_RELEASE();
//备份区域复位结束
__HAL_RTC_WRITEPROTECTION_ENABLE(&RTC_Handler); //使能 RTC 写保护
__HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU); //清除 Wake_UP 标志
HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1); //设置 WKUP 用于唤醒
HAL_PWR_EnterSTANDBYMode();
//进入待机模式
}
//检测 WKUP 脚的信号
//返回值 1:连续按下 3s 以上
//
0:错误的触发
u8 Check_WKUP(void)
{
u8 t=0; //记录按下的时间
LED0=0; //亮灯 DS0
while(1)
{
if(WKUP_KD)
{
t++;
//已经按下了
delay_ms(30);
if(t>=100)
//按下超过 3 秒钟
{
LED0=0; //点亮 DS0
return 1; //按下 3s 以上了
}
}else
{
LED0=1;
return 0; //按下不足 3 秒
}
}
}
//外部中断线 0 中断服务函数
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler(GPIO_PIN_0);
}
//中断线 0 中断处理过程
//此函数会被 HAL_GPIO_EXTI_IRQHandler()调用
//GPIO_Pin:引脚
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
if(GPIO_Pin==GPIO_PIN_0)//PA0
{
if(Check_WKUP())//关机
{
Sys_Enter_Standby();//进入待机模式
}
}
}
//PA0 WKUP 唤醒初始化
void WKUP_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_Initure;
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
//开启 GPIOA 时钟
GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_0;
//PA0
GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_IT_RISING; //中断,上升沿
GPIO_Initure.Pull=GPIO_PULLDOWN;
//下拉
GPIO_Initure.Speed=GPIO_SPEED_HIGH;
//快速
HAL_GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_Initure);
//检查是否是正常开机
if(Check_WKUP()==0)
{
Sys_Enter_Standby();//不是开机，进入待机模式
}
HAL_NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn,0x02,0x02);//抢占优先级 2，子优先级 2
HAL_NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn);
}
该部分代码比较简单，我们在这里说明三点：
1，在 void Sys_Enter_Standby(void)函数里面，我们要在进入待机模式前把所有开启的外设
全部关闭，我们这里仅仅复位了所有的 IO 口，使得 IO 口全部为浮空输入。其他外设（比如
ADC 等），大家根据自己所开启的情况进行一一关闭就可，这样才能达到最低功耗！然后我们
调 用 __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE() 来 使 能 PWR 时 钟 ， 调 用 函 数
HAL_PWR_EnableWakeUpPin() 用 来 设 置 WK_UP 引 脚 作 为 唤 醒 源 。 最 后 调 用
HAL_PWR_EnterSRANDBYMode()函数进入待机模式。
2，在 void WKUP_Init(void)函数里面，我们首先要使能 GPIOA 时钟，然后对 GPIOA 初始
化为下拉输入，上升沿触发中断，同时初始化 NVIC 中断优先级。这上面的步骤实际上跟我们
之前的外部中断实验知识一样的，所以不理解的地方大家可以翻到外部中断实验章节看看。接
下来程序通过判断 WK_UP 是否按下了 3 秒钟，来决定要不要开机，如果没有按下 3 秒钟，程
序直接就进入了待机模式。所以在下载完代码的时候，是看不到任何反应的。我们必须先按
WK_UP 按键 3 秒钟以开机，才能看到 DS0 闪烁。
3，外部中断回调函数 HAL_GPIO_EXTI_Callback 内，我们通过调用函数 Check_WKUP()
来判断 WK_UP 按下的时间长短，来决定是否进入待机模式，如果按下时间超过 3 秒，则进入
待机，否则退出中断。
wkup.h 头文件的代码非常简单，这里我们就不列出来。最后我们看看 main.c 里面 main 函
数代码如下：
int main(void)
{
HAL_Init();
//初始化 HAL 库
Stm32_Clock_Init(96,4,2,4);
//设置时钟,96Mhz
delay_init(96);
//初始化延时函数
uart_init(115200);
//初始化串口 115200
LED_Init();
//初始化 LED
WKUP_Init();
//初始化 WK_UP 按键，同时检测是否正常开机？
printf("NANO STM32rn");
printf("WKUP TESTrn");
while(1)
{
LED0=!LED0;
delay_ms(250);
}
}
这里我们先初始化 LED 和 WK_UP 按键（通过 WKUP_Init（）函数初始化），如果检测到
有长按 WK_UP 按键 3 秒以上，则开机，如果没有长按，则在 WKUP_Init 里面，调用
Sys_Enter_Standby 函数，直接进入待机模式了。
开机后，在死循环里面等待 WK_UP 中断的到来，在得到中断后，在中断函数里面判断
WK_UP 按下的时间长短，来决定是否进入待机模式，如果按下时间超过 3 秒，则进入待机，
否则退出中断，继续执行 main 函数的死循环等待，同时不停的取反 LED0，让红灯闪烁。
代码部分就介绍到这里，大家记住下载代码后，一定要长按 KEY_UP 按键，来开机，否
则将直接进入待机模式，无任何现象。
20.4 下载与测试
在代码编译成功之后，下载代码到 NANO STM32F4 V1 上，此时，看不到任何现象，和没
下载代码一样，其实这是正常的，在程序下载完之后，开发板检测不到 KEY_UP（即 WK_UP
按键）的持续按下（3 秒以上），所以直接进入待机模式，看起来和没有下载代码一样。然后，
我们长按 KEY_UP 按键 3 秒钟左右（KEY_UP 按下时，DS0 会长亮），可以看到 DS0 开始闪
烁。然后再长按 KEY_UP，DS0 会灭掉，程序再次进入待机模式。