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STM32 低功耗定时器

介绍​

STM32微控制器广泛应用于嵌入式系统中，尤其是在需要低功耗的场景中。为了实现低功耗，STM32提供了多种低功耗模式，例如睡眠模式、停止模式和待机模式。在这些模式下，CPU和外设的功耗被显著降低，但某些任务仍然需要定时器来唤醒系统或执行周期性操作。这就是**低功耗定时器（Low-Power Timer, LPTIM）**的用武之地。

低功耗定时器是一种专门为低功耗场景设计的定时器，能够在极低功耗模式下运行，同时提供精确的定时功能。它可以在系统进入低功耗模式后继续工作，并在需要时唤醒系统。

低功耗定时器的特点​

  • 低功耗运行：LPTIM可以在低功耗模式下运行，消耗极少的电流。
  • 独立时钟源：LPTIM可以使用内部低速时钟（LSI）或外部低速时钟（LSE），确保在低功耗模式下仍能正常工作。
  • 多种工作模式：支持单次触发、连续触发和PWM输出等多种模式。
  • 唤醒功能：可以在定时器溢出或比较匹配时唤醒系统。

低功耗定时器的配置​

1. 时钟配置​

LPTIM的时钟源可以是内部低速时钟（LSI）或外部低速时钟（LSE）。通常，LSE的精度更高，适合需要高精度的应用场景。

c
// 启用LSE时钟
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSE;
RCC_OscInitStruct.LSEState = RCC_LSE_ON;
HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);

// 选择LSE作为LPTIM的时钟源
RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};
PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_LPTIM1;
PeriphClkInit.Lptim1ClockSelection = RCC_LPTIM1CLKSOURCE_LSE;
HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit);

2. 初始化LPTIM​

在配置时钟源后，需要初始化LPTIM并设置其工作模式。

c
LPTIM_HandleTypeDef hlptim1;

hlptim1.Instance = LPTIM1;
hlptim1.Init.Clock.Source = LPTIM_CLOCKSOURCE_APBCLOCK_LPOSC;
hlptim1.Init.Clock.Prescaler = LPTIM_PRESCALER_DIV1;
hlptim1.Init.Trigger.Source = LPTIM_TRIGSOURCE_SOFTWARE;
hlptim1.Init.OutputPolarity = LPTIM_OUTPUTPOLARITY_HIGH;
hlptim1.Init.UpdateMode = LPTIM_UPDATE_IMMEDIATE;
hlptim1.Init.CounterSource = LPTIM_COUNTERSOURCE_INTERNAL;

if (HAL_LPTIM_Init(&hlptim1) != HAL_OK) {
    // 初始化错误处理
}

3. 启动定时器​

初始化完成后，可以启动定时器并设置定时周期。

c
// 设置定时周期为1秒
uint32_t period = 1000; // 1秒
HAL_LPTIM_Counter_Start_IT(&hlptim1, period);

4. 中断处理​

当定时器溢出时，会触发中断，可以在中断服务程序中进行相应的处理。

c
void LPTIM1_IRQHandler(void) {
    HAL_LPTIM_IRQHandler(&hlptim1);
}

void HAL_LPTIM_AutoReloadMatchCallback(LPTIM_HandleTypeDef *hlptim) {
    // 定时器溢出处理
    // 例如：唤醒系统或执行任务
}

实际应用场景​

1. 周期性唤醒系统​

在低功耗模式下，系统可以通过LPTIM周期性唤醒，执行一些简单的任务，例如采集传感器数据或发送心跳包。这种方式可以显著降低系统的平均功耗。

c
// 进入停止模式
HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);

// 在LPTIM中断中唤醒系统
void HAL_LPTIM_AutoReloadMatchCallback(LPTIM_HandleTypeDef *hlptim) {
    // 唤醒系统
    __HAL_PWR_CLEAR_FLAG(PWR_FLAG_WU);
}

2. 低功耗PWM输出​

LPTIM还可以用于生成低功耗的PWM信号，控制LED亮度或驱动电机。由于LPTIM在低功耗模式下运行，这种方式非常适合电池供电的设备。

c
// 配置LPTIM为PWM模式
HAL_LPTIM_PWM_Start(&hlptim1, period, pulse);

// 在需要时调整PWM占空比
HAL_LPTIM_PWM_Start(&hlptim1, period, new_pulse);

总结​

STM32的低功耗定时器（LPTIM）是低功耗应用中的关键组件，能够在极低功耗模式下提供精确的定时功能。通过合理配置LPTIM，可以实现周期性唤醒系统、低功耗PWM输出等功能，从而显著降低系统的功耗。

提示

在实际应用中，建议根据具体需求选择合适的时钟源和工作模式，并优化定时器的配置，以进一步降低功耗。

附加资源与练习​

  • 练习1：尝试配置LPTIM，使其每隔5秒唤醒系统一次，并打印一条消息。
  • 练习2：使用LPTIM生成一个占空比为50%的PWM信号，控制LED的亮度。
  • 参考文档：STM32L4系列参考手册中的低功耗定时器章节。

通过以上内容的学习和实践，您将能够掌握STM32低功耗定时器的基本使用方法，并能够在实际项目中应用这些知识。