ST AN2857 APPLICATION NOTE
AN2857
应用笔记
STM8S 系列 MCU 功耗管理
介绍
本应用笔记面向系统设计人员，提供了STM8S系列产品各种低功耗模式的硬件实现概况；示范
了如何在这些低功耗模式下使用STM8S产品；描述了测量功耗和(从低功耗模式)唤醒时间的方
法，并给出了测量结果。
本应用笔记提供了测量STM8S不同模式功耗和唤醒时间的固件例程。
译注：
本译文的英文版下载地址为：
http://www.st.com/stonline/products/literature/an/15241.pdf
示例程序包下载地址：
http://www.st.com/stonline/products/support/micro/files/an2857.zip
参照2009年1月 AN2857 英文第1版
本译文仅供参考，如有翻译错误，请以英文原稿为准。请读者随时注意在ST网站下载更新版本
AN2857 STM8S系列MCU功耗管理
目录
1 影响功耗的因素.........................................................................................................3
2 电源系统 ...................................................................................................................4
2.1 内部电源结构 ......................................................................................................................4
2.2 模拟电源..............................................................................................................................4
2.3 IO电源.................................................................................................................................4
2.4 稳压器 .................................................................................................................................4
3 时钟管理 ...................................................................................................................5
3.1 时钟系统概述 ......................................................................................................................5
3.2 时钟设置和功耗管理............................................................................................................7
4 运行模式和低功耗模式 ..............................................................................................8
4.1 运行模式..............................................................................................................................8
4.2 等待模式..............................................................................................................................8
4.2.1 进入等待模式 ...............................................................................................................9
4.2.2 退出等待模式 ...............................................................................................................9
4.2.3 活动等级/低功耗模式控制 ............................................................................................9
4.3 活跃停机模式 ......................................................................................................................9
4.3.1 进入活跃停机模式 ......................................................................................................10
4.3.2 退出活跃停机模式 ......................................................................................................10
4.3.3 停机阶段的稳压器和闪存设置 ....................................................................................10
4.3.4 AWU单元 ...................................................................................................................11
4.4 停机模式............................................................................................................................11
4.4.1 进入停机模式 .............................................................................................................11
4.4.2 退出停机模式 .............................................................................................................11
4.4.3 在停机模式下闪存设置 ...............................................................................................11
5 功耗与唤醒事件的测量和结果 .................................................................................12
5.1 功耗测量和结果.................................................................................................................12
5.1.1 测量设置 ....................................................................................................................12
5.1.2 运行模式下的功耗测量结果........................................................................................14
5.1.3 等待模式下的功耗测量结果........................................................................................14
5.1.4 活跃停机模式下的功耗测量结果.................................................................................15
5.1.5 停机模式下的功耗测量结果........................................................................................15
5.1.6 结论............................................................................................................................15
5.2 唤醒时间的测量和结果 ......................................................................................................16
5.2.1 测量设置 ....................................................................................................................16
5.2.2 唤醒时间测量结果 ......................................................................................................16
5.2.3 等待模式下唤醒时间测量结果 ....................................................................................17
5.2.4 活跃停机模式下的唤醒时间测量结果..........................................................................17
5.2.5 停机模式下的唤醒时间测量结果.................................................................................18
5.2.6 结论............................................................................................................................18
6 功耗管理要点 ..........................................................................................................19
6.1 最小化功耗规则.................................................................................................................19
6.2 为应用选择最佳的低功耗模式 ...........................................................................................19
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1 影响功耗的因素
在互补金属氧化物半导体(CMOS)数字逻辑电路中，功耗为下列因子之和：
● 静态功耗(主要由晶体管的偏置电流和漏电流产生)
2
● 动态功耗，取决于电源电压和工作时钟频率，按照下面公式：动态功耗 = CV
─ C为CMOS负载电容
─ V为电源电压
─ f为时钟频率
在CMOS逻辑电路以一定时钟频率运行时，静态功耗与动态功耗相比是可以忽略的。但在一些
低功耗模式下，时钟不再运行，此时静态功耗是主要的功耗源。
因此，功耗主要取决于：
● 微控制器单元(MCU)的芯片面积：所采用的工艺，晶体管的数量，片上集成和使用的模拟
功能/外设。
● MCU电源电压：CMOS逻辑电路中消耗的电流与电源电压的平方成正比。因此，可以通过
降低供电电压来降低功耗。
● 时钟频率：在不要求进行高速处理的应用中，降低时钟频率可以降低功耗。
● 激活的外设数目或使用的MCU功能数目(CSS、BOR、PVD……)：激活的外设数目越多，
或使用的MCU功能数目越多，则功耗越大。
● 工作模式：功耗会随着应用所处的不同功耗模式而改变(CPU开启/关闭，晶振开启/关
闭……)。
对于由电池供电的系统来说，功耗是非常重要的指标。通常，要求系统的平均功耗小于某个目
标值来保证一个适当的电池续航时间。这意味着系统可以在短时间内功耗较大，而把平均功耗
维持在目标值以下。
f，其中
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2 电源系统
2.1 内部电源结构
STM8S产品要求的工作电压范围(VDD)为3V到5.5V。芯片中嵌入了2个稳压器：主稳压器(MVR)
和低功耗稳压器(LPVR)，在不同的功能模式下(见图1)对内部数字电路提供1.8V的电压。
V
管脚用来对内部1.8V电压进行去耦。在该管脚和地之间应当连接一个容值至少为470nF的
CAP
电容。绝对不允许用外部稳压器通过该管脚提供1.8V电压。访问ST网站www.st.com
STM8S参考手册
图1 电源系统概览
(RM0016，译注：此处英文版误为RM0009)获取更多相关细节。
并参阅
2.2 模拟电源
STM8S产品的模数转换器(ADC)由独立的电源供电。数字和模拟电源应当用电容去耦，请参阅
STM8S参考手册
2.3 IO电源
IO端口有专用的电源管脚，应当使用推荐的电容进行合适的去耦，请参阅STM8S参考手册获取
更多去耦电容相关细节。
2.4 稳压器
在复位以后，主稳压器MVR提供1.8V电压给MCU内部数字电路。根据不同的功能模式，可以关
闭MVR，改由低功耗稳压器LPVR提供1.8V电压。
● 在运行(RUN)和等待(WAIT)模式，只有MVR提供1.8V电压。在运行模式下不能使用LPVR。
● 在活跃停机(Active HALT)模式的停止阶段，MVR和LPVR都可以提供1.8V电压。用户可以
选择使用哪个稳压器。
● 在停机(HALT)模式，自动启用LPVR，不能使用MVR。
获取更多去耦电容相关细节。
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3 时钟管理
3.1 时钟系统概述
可以使用4种不同的时钟源来驱动主时钟
● 来自晶体振荡器的1-24MHz外部高速时钟(HSE crystal)
● 用户提供的高达24MHz的外部高速时钟(HSE user-external)
● 16MHz内部高速RC振荡器(HSI)
● 128kHz的内部低速RC振荡器(LSI)
每个外设都可以在不使用的时候，单独地打开或者关闭它的时钟来优化系统功耗。该功能由外
设门控时钟 (PCG)功能来实现。更多细节请参阅STM8S参考手册
表1总结了各个时钟源的特点。STM8S提供完整的选择来应对不同用户对时钟在成本，精度和
功耗方面的不同要求。
表1 时钟源比较
HSE Crystal HSE external HSI LSI
成本 低～中 免费～高 免费 免费
精度 取决于晶体 取决于外部时钟 ±1%
(1)
功耗
高 中 低 非常低
其他信息 共振器或晶体 现成时钟～非常复杂时钟系统 - -
1. 由意法半导体在出厂时于TA = 25 ℃校准。
“时钟控制”的相关章节。
(1)
±2.5%
(1)
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图2 时钟树
主时钟源(f
)为内核和外设提供时钟，只读寄存器CLK_CMSR包含了当前主时钟源的选择
MASTER
信息。通过设置可写寄存器CLK_SWR可以选择”下一个”主时钟，在新的时钟源生效(细节见下文)
以后，寄存器CLK_SWR的内容复制给寄存器CLK_CMSR。表2列出了时钟选择的数值。
复位以后，默认的时钟为HSI/8，随后用户可以把时钟切换到不同时钟源和不同频率：
● 编写寄存器CLK_CKDIVR的HSIDIV[1:0]位来选择16MHz内部RC振荡器的预分频数(/1、
/2、/4或/8)。
● 变换主时钟为HSE或者LSI。更多时钟切换机制的相关细节，请参考STM8S参考手册
。
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