STM32 低功耗三兄弟实测：SLEEP、STOP、STANDBY 一次讲透（附 6 个实机坑）

开发板：洋桃1号（STM32F103C8T6）｜工程：demo00\41_SLEEP / 42_STOP / 43_STANDBY，同一套固件模板改造

#一、为什么要折腾低功耗

插着 USB 调试的开发板永远不需要省电，所以低功耗是很多人学 STM32 时跳过的章节。但任何一块电池供电的设备——手环、水表、遥测节点——90% 的时间都在"装死"，醒来的那一瞬间才干活。装死装得越深、醒得越准，电池活得越久。

STM32F103 提供了三档"装死"深度，官方例程给了三个 demo，但三个 demo 各自为战，看不出它们之间的层次关系。这次我把洋桃 1 号开发板上的三个例程用同一套固件模板改造后逐个实测：统一的 ShaoHua-lab 开机画面、统一的 USART1（PA9，115200）日志、统一的唤醒源识别和计数，让三种模式在同一块板上、用同一把尺子量出来。

先上结论总表，后文逐个展开：

#二、统一的固件模板

三个工程都在官方 demo 基础上做了同样的改造，这套模板本身就是可复用的经验：

1. OLED + USART1 双通道日志：屏幕 4 行（0/2/4/6），串口每次启动和每次唤醒各打一行；
2. 唤醒源可识别：不是笼统地"醒了"，而是能说出是谁叫醒的；
3. 所有等待带超时：官方库函数里大量 while(标志位==RESET); 是无限等待，低功耗场景下等待对象可能永远不来（坑三），全部换成带超时的版本；
4. KEY2 调试逃生通道：按住 KEY2(PA1) 复位，程序不进低功耗、LED 慢闪，保证随时可以重烧（坑六）。

工程没勾 MicroLIB，串口输出用 sprintf + USART_SendData 拼装，避开 printf 的半主机坑（这是之前 DHT11 模块踩过的）。

#三、41 SLEEP：CPU 打个盹

原理：__WFI() 执行后 CPU 内核时钟停止，但所有外设时钟照常运行，SRAM、寄存器、GPIO 全部保持。任何使能了的中断都能把它叫醒，唤醒后程序从 __WFI() 的下一行继续跑——连上下文现场都不用恢复，因为它根本没丢。

关键配置只有一行：明确告诉内核"这不是深睡"——

cNVIC_SystemLPConfig(NVIC_LP_SLEEPDEEP, DISABLE);   /* SLEEPDEEP=0: 睡眠而非停机/待机 */

改造版设计（双唤醒源）：

• KEY1（PA0→EXTI0，下降沿）：手动唤醒。ISR 里只置 INT_MARK 标志（记得 volatile）；
• TIM3 每 2 秒一次更新中断：自动唤醒。ISR 里只清标志——清标志这个动作本身就是唤醒，主循环根本不用在中断里干活。

主循环醒来后靠 INT_MARK 判断是谁叫的：

c__WFI();                              /* CPU 睡在这，任何使能的 IRQ 都能叫醒 */
wakeCnt++;
if(INT_MARK){ keyCnt++; /* WAKE by KEY */ }
else        { tmrCnt++; /* WAKE by TIMER */ }

一个容易忽略的细节：这套板子的 delay_ms() 是 SysTick 轮询实现（TICKINT=0，不开中断），所以它不会把睡着的 CPU 唤醒——如果换用中断式延时，主循环里的 delay_ms(300) 会变成"每 300µs 把 CPU 踹醒一次"，睡眠就名存实亡了。

预期现象：屏幕 CPU SLEEP... 与 WAKE by KEY / WAKE by TIMER2s 交替，不按键时每 2 秒被定时器叫醒一次，按 KEY1 随时插队。

#四、42 STOP：全板断钟，醒来要先"重修时钟"

原理：PWR_EnterSTOPMode() 之后 1.8V 域的所有时钟（HSI、HSE、PLL）全停，SRAM 和寄存器内容保持，功耗进入 µA 级。唤醒源收窄为 EXTI 线——本板用 KEY1(PA0) 配下降沿外部中断。

改造版实测（板上验证通过）：

1. 屏幕显示 CPU STOP...、LED 点亮后进入停机；
2. 按 KEY1，屏幕瞬间跳到 WAKE UP!——秒醒，和待机模式"等 5 秒闹钟"形成鲜明对比；
3. 串口/屏幕给出这次实验最有价值的读数：CLK:HSI -> 72M。

第三条是 STOP 模式最经典的坑：唤醒后系统时钟自动回落到 HSI 内部 8MHz（因为 PLL 停了），而程序里所有 delay_us() 都按 72MHz 换算 SysTick 重装值——不重新配置时钟，之后所有延时拉长 9 倍、USART 波特率也全错。改造版在 WFI 返回后第一件事就是抓现行：

cPWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);

sws = (u8)((RCC->CFGR >> 2) & 0x03);   /* 先抓唤醒瞬间的时钟源：0=HSI */
RCC_Configuration();                   /* 立刻恢复 72MHz（HSE+PLL），否则延时/串口全乱 */

CFGR.SWS 这两个 bit 是"当前真正在用的时钟源"，读出来是 0 就坐实了"醒来在 HSI 上"。再一个直观证据：STOP 期间 LED 一直是亮的——GPIO 输出寄存器还活着；到了待机模式它就会熄灭，这是"寄存器保持 vs 全丢"肉眼可见的区别。

#五、43 STANDBY：醒来等于换了一颗芯片

原理：待机是 F103 最深的低功耗。PWR_EnterSTANDBYMode() 之后 1.8V 域直接断电——SRAM、所有寄存器、PLL、GPIO 全部清零，只有备份域（备份寄存器 BKP_DRx、RTC、LSE 晶振电路）靠 VDD/VBAT 顽强存活，功耗 ~2µA。

它有两点和前两位兄弟完全不同：

1. 唤醒 = 复位重启。程序从 main 第一行重新跑，所以这个文件的末尾没有 while(1)——写在 PWR_EnterSTANDBYMode() 之后的代码永远不会执行；
2. 唤醒源是硬件白名单：WKUP 引脚（PA0）、RTC 闹钟、NRST、IWDG。EXTI 普通引脚中断在这里统统无效。

改造版设计（板上验证通过）：

• 双唤醒源：RTC 闹钟每 5 秒自动唤醒（先试 LSE 晶振，4 秒内没起振自动退回内部 LSI）+ 板载「唤醒」键（PA0=WKUP）。醒来后用 RCC_CSR.LPWRRST（是否从待机醒）+ RTC->CRL 的 ALRF（是否闹钟叫醒）组合判断，屏幕显示 POWER ON / RESET KEY / WKUP KEY / RTC ALARM，停留 4 秒供观察；
• 备份域可视化：启动次数存 BKP->DR1——冷上电=1、复位/待机唤醒累加、断电丢失。按复位计数继续涨（备份域跨复位存活），拔电重上电归 1。配合 RTC 计数器（同样活在备份域），"CPU 全死了但 RTC 还在走、闹钟还在响"这件事被演示得明明白白；
• 闹钟装载：RTC_SetAlarm(RTC_GetCounter() + 5)，同时打开 RTC_IT_ALR 和 EXTI 线 17（RTC 闹钟在 F103 上硬连到 EXTI17）。

实测循环：醒 6.5 秒（显示原因，LED 亮）→ 睡约 5 秒（LED 灭）→ 闹钟叫醒计数 +1。按复位计数保留，断电归 1。

#六、三兄弟同台对照（实测口径）

KEY1 那一行就是本次实验的核心结论：同一个键、同一个引脚，在 SLEEP/STOP 里是"门铃"，在 STANDBY 里什么都不是——原因见下一个坑。

#七、踩坑实录（6 个，全部实机复现）

#坑一：KEY1 永远唤不醒待机——按键极性和 WKUP 要求正好相反

现象：43 待机后按 KEY1（文档里写着"PA0 按键（KEY1）唤醒"）毫无反应，拔掉共用 PA0 的触摸模块也没用，只有复位键有效。

根因是一对方向相反的电气约定：

• key.c 里 KEY1 配的是 IPU（内部上拉）+ EXTI 下降沿 → 按下 = 把 PA0 拉低到 GND；
• 而 WKUP 引脚进入待机后被硬件强制为输入+内部下拉，只认被拉高的上升沿（参考手册原话：引脚应接 VDD 才能唤醒）。

KEY1 按下去只会让 PA0 更接近 0V，永远造不成上升沿。解法：用板载专门接 VDD 的「唤醒」键；或者给 PA0 外接一个 10k 上拉到 3.3V——平时 PA0 为高、按下变低，松手的瞬间产生上升沿，同样能唤醒待机（且不影响其他例程的按键逻辑）。

#坑二：LSI 使能位会被待机唤醒"偷偷"清掉（最隐蔽）

用 LSI（内部 RC，~40kHz）当 RTC 时钟源驱动闹钟唤醒时，第一轮循环正常，之后闹钟永远不响、芯片睡死。

根因：LSION 位于 RCC_CSR——任何系统复位都会把它清零，而待机唤醒恰恰就是一次系统复位。于是每次被闹钟叫醒后，LSI 都处于关闭状态，RTC 停走，下次装载的闹钟自然永远到不了。

解法：用 LSI 作 RTC 时钟时，每次启动都必须重新 RCC_LSICmd(ENABLE) 并等待 LSIRDY/寄存器同步（RSF），不能因为"备份域里记过配置标志"就跳过。顺带一提，LSE 晶振电路整个都在备份域（RCC_BDCR），跨复位存活，焊了 32.768k 晶振的板子永远遇不到这个坑——我们的固件是 LSE 优先、LSI 兜底，正好把两种情况都覆盖了。

另附 LSI 精度实测：标称 40kHz，实际 30~60kHz，本芯片实测约 33kHz，"5 秒"的闹钟实际走成约 6 秒。就算按实测校准分频值，RC 也会随温度漂移——产品级定时唤醒请用 LSE 或用 HSE 标定 LSI。

#坑三：库函数死等假死——RTC 一停，while 永远等下去

坑二的连锁反应才是真正吓人的部分：RTC 时钟停了之后，RTC_SetAlarm() 内部的

cwhile((RTC->CRL & RTC_FLAG_RTOFF) == RESET);   /* 库函数原样，无超时 */

永远等不到 RTOFF（RTC 寄存器写入完成需要 RTC 时钟），整机冻结在唤醒原因那一屏，串口没输出、按键没反应、连烧录都像失联。当时靠给 OLED 加"阶段标记"才把卡点定位到这一行。

解法：涉及低功耗/备份域的等待一律自己写寄存器级版本并加超时，超时就降级（比如退化为"仅唤醒键唤醒"）而不是死等：

cstatic u8 rtc_wait_rtoff(void){
    u32 g = 400000;
    while(((RTC->CRL & RTC_CRL_RTOFF) == 0) && (--g)){}
    return (g != 0);          /* 超时返回 0，调用方降级处理 */
}

这条经验值得外推：凡是不由 CPU 主时钟驱动的等待（RTC、I2C 从机应答、外部握手），都不能裸写无限 while——之前 MPU6050 模块那次"I2C 从机不应答导致程序假死"就是同一类病。

#坑四：待机时 OLED 不会灭，别被它骗了

调试时最容易被"屏幕没变"误导。实际上 OLED 由 VDD 供电，待机只断 1.8V 域，屏幕会一直保留断电前最后一帧——看起来像死机，其实芯片睡得很好。判断是否真睡着要看 LED：待机时 GPIO 断电、LED 熄灭；STOP/SLEEP 时寄存器保持、LED 维持原状态。

#坑五：卡死定位法——往屏幕上写阶段号

低功耗固件一旦卡死，串口可能没接、调试口可能断电，"死在哪"非常难查。这次用的土办法意外好用：在初始化流程的每个关键步骤后，往 OLED 第 6 行写 <原因> S<n> 阶段号。程序冻结时，屏幕上最后停留的阶段号直接指出卡点——本模块就是靠 S8（即将进待机）和更早版本的"停在原因屏"，把两次不同的卡死分别定位到了待机入口和 RTC 死等。成本几行代码，收益是"黑盒变白盒"。

#坑六：待机固件失联，先试"KEY2+复位"再动 BOOT0

芯片睡着时调试口断电，pyocd 直接连不上，报 Get IDCODE error，非常像锁死。传统解法是 BOOT0 拉高进 ROM bootloader 救援，但更好的做法是在固件里预埋逃生通道：按住 KEY2(PA1) 复位，程序进入"永不进低功耗"的 DEBUG 模式（LED 慢闪），此时调试口常开、随时可烧。三个低功耗工程的固件里都带了这个通道。

#八、模板化的小结

把三个 demo 串下来，沉淀出的不是知识本身，而是一套做法：

1. 同一块板、同一把尺子：统一的界面/日志/计数模板，三种模式的差异自己浮出水面（KEY1 唤不醒、时钟回落、LED 熄灭都是"对比"出来的，不是背出来的）；
2. 唤醒源要可解释：LPWRRST、ALRF、INT_MARK 这些标志组合起来，让每次唤醒都有"案底"；
3. 永远给等待加超时、永远留调试逃生通道、永远把状态画在屏幕上。

遗留事项：41_SLEEP 的改造版已编译通过、待上机走一遍现象；PA0 外接 10k 上拉让 KEY1 唤醒待机的实验还没做；RTC 用 HSE 标定 LSI 的进阶玩法可以留给下个项目。

#九、相关阅读

• OLED 字库与中文点阵：16×16 汉字取模——坑五"屏幕阶段号"的显示底座
• 定时器与中断：1 秒心跳与五阶段状态机——SLEEP 的 TIM3 自动唤醒与"中断置标志"写法
• 六轴姿态传感器（MPU6050，I2C）——坑三"等待无超时假死"的同类病（I2C 版）
• 温湿度传感器（DHT11，单总线）——printf 半主机坑的出处
• 洋桃1号下载模式速查——固件失联时的 BOOT0 救援与 SWD 排查

#十、更新日志