單芯片解決方案，開啟全新體驗——W55MH32 高性能以太網單片機

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網單片機，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗。這顆芯片將強大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數據處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協議棧、內置MAC以及PHY，擁有獨立的32KB以太網收發緩存，可供8個獨立硬件socket使用。如此配置，真正實現了All-in-One解決方案，為開發者提供極大便利。

在封裝規格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN68和QFN100。

W55MH32Q采用QFN68封裝版本，尺寸為8x8mm，它擁有36個GPIO、3個ADC、12通道DMA、17個定時器、2個I2C、3個串口、2個SPI接口（其中1個帶I2S接口復用）、1個CAN以及1個USB2.0。在保持與同系列其他版本一致的核心性能基礎上，僅減少了部分GPIO以及SDIO接口，其他參數保持一致，性價比優勢顯著，尤其適合網關模組等對空間布局要求較高的場景。緊湊的尺寸和精簡化外設配置，使其能夠在有限空間內實現高效的網絡連接與數據交互，成為物聯網網關、邊緣計算節點等緊湊型設備的理想選擇。 同系列還有QFN100封裝的W55MH32L版本，該版本擁有更豐富的外設資源，適用于需要多接口擴展的復雜工控場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進入http://www.w5500.com/網站或者私信獲取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及MQTT SSL等，為網絡通信安全再添保障。

為助力開發者快速上手與深入開發，基于W55MH32Q這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發板。開發板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數據線，就能輕松實現調試、下載以及串口打印日志等功能。開發板將所有外設全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發者全面評估芯片性能。

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第十九章 PWR

本章介紹了W55MH32的電源控制（PWR）功能，其工作電壓2.0～3.6V，含電源管理器，有POR/PDR、PVD等。低功耗模式包括睡眠、停止、待機，介紹了相關例程，用于測試低功耗模式及喚醒功能。

1 電源介紹

W55MH32 的工作電壓(VDD)為 2.0～3.6V。通過內置的電壓調節器提供所需的 1.8V 電源。當主電源 VDD 掉電后，通過 VBAT 腳為實時時鐘(RTC)和備份寄存器提供電源。

電源框圖

注：VDDA 和 VSSA 必須分別聯到 VDD 和 VSS。

1.1 獨立的 A/D 轉換器供電和參考電壓

為了提高轉換的精確度，ADC 使用一個獨立的電源供電，過濾和屏蔽來自印刷電路板上的毛刺干擾。

?ADC 的電源引腳為 VDDA

?獨立的電源地 VSSA

如果有 VREF-引腳(根據封裝而定)，它必須連接到 VSSA。為了確保輸入為低壓時獲得更好精度，用戶可以連接一個獨立的外部參考電壓 ADC 到 VREF+和VREF-腳上。在 VREF+的電壓范圍為 2.4V～VDDA。

1.2 電池備份區域

使用電池或其他電源連接到 VBAT 腳上，當 VDD 斷電時，可以保存備份寄存器的內容和維持 RTC的功能。

VBAT 腳為 RTC、LSE 振蕩器和 PC13 至 PC15 端口供電，可以保證當主電源被切斷時 RTC 能繼續工作。切換到 VBAT 供電的開關，由復位模塊中的掉電復位功能控制。

警告：在 VDD 上升階段(tRSTTEMPO)或者探測到 PDR(掉電復位)之后，VBAT 和 VDD 之間的電源開關仍會保持連接在 VBAT。

在 VDD 上升階段，如果 VDD 在小于 tRSTTEMPO 的時間內達到穩定狀態(關于 tRSTTEMPO 數值可參考數據手冊中的相關部分)，且 VDD>VBAT+0.6V 時，電流可能通過 VDD 和 VBAT 之間的內部二極管注入到 VBAT。

如果與 VBAT 連接的電源或者電池不能承受這樣的注入電流，強烈建議在外部 VBAT 和電源之間連接一個低壓降二極管。如果在應用中沒有外部電池，建議 VBAT 在外部連接到 VDD 并連接一個 100nF 的陶瓷濾波電容。

當備份區域由 VDD(內部模擬開關連到 VDD)供電時，下述功能可用：

?PC14 和 PC15 可以用于 GPIO 或 LSE 引腳

?PC13 可以作為通用 I/O 口、TAMPER 引腳、RTC 校準時鐘、RTC 鬧鐘或秒輸出

注： 因為模擬開關只能通過少量的電流(3mA)，在輸出模式下使用 PC13 至 PC15 的 I/O 口功能是有限制的：速度必須限制在 2MHz 以下，最大負載為 30pF，而且這些 I/O 口絕對不能當作電流源(如驅動 LED)。

當后備區域由 VBAT 供電時(VDD 消失后模擬開關連到 VBAT)，可以使用下述功能：

?PC14 和 PC15 只能用于 LSE 引腳

?PC13 可以作為 TAMPER 引腳、RTC 鬧鐘或秒輸出

1.3 電壓調節器

復位后調節器總是使能的。根據應用方式它以 3 種不同的模式工作。

?運轉模式：調節器以正常功耗模式提供 1.8V 電源(內核，內存和外設)。

?停止模式：調節器以低功耗模式提供 1.8V 電源，以保存寄存器和 SRAM 的內容。

?待機模式：調節器停止供電。除了備用電路和備份域外，寄存器和 SRAM 的內容全部丟失。

2 電源管理器

2.1 上電復位(POR)和掉電復位(PDR)

W55MH32 內部有一個完整的上電復位(POR)和掉電復位(PDR)電路，當供電電壓達到 2V 時系統既能正常工作。

當VDD/VDDA低于指定的限位電壓VPOR/VPDR時，系統保持為復位狀態，而無需外部復位電路。關于上電復位和掉電復位的細節請參考數據手冊的電氣特性部分。

上電復位和掉電復位的波形圖

2.2 可編程電壓監測器(PVD)

用戶可以利用 PVD對 VDD電壓與電源控制寄存器(PWR_CR)中的 PLS[2:0]位進行比較來監控電源，這幾位選擇監控電壓的閥值。通過設置 PVDE 位來使能 PVD。

電源控制/狀態寄存器(PWR_CSR)中的 PVDO 標志用來表明 VDD 是高于還是低于 PVD 的電壓閥值。該事件在內部連接到外部中斷的第 16 線，如果該中斷在外部中斷寄存器中是使能的，該事件就會產生中斷。當 VDD 下降到 PVD 閥值以下和(或)當 VDD 上升到 PVD 閥值之上時，根據外部中斷第16 線的上升/下降邊沿觸發設置，就會產生 PVD 中斷。例如，這一特性可用于用于執行緊急關閉任務。

PVD的門限

3 低功耗模式

在系統或電源復位以后，微控制器處于運行狀態。當 CPU 不需繼續運行時，可以利用多種低功耗模式來節省功耗，例如等待某個外部事件時。用戶需要根據最低電源消耗、最快速啟動時間和可用的喚醒源等條件，選定一個最佳的低功耗模式。

三種低功耗模式：

?睡眠模式(Cortex?-M3 內核停止，所有外設包括 Cortex-M3 核心的外設，如 NVIC、系統時鐘(SysTick)等仍在運行)

?停止模式(所有的時鐘都已停止)

?待機模式(1.8V 電源關閉)

此外，在運行模式下，可以通過以下方式中的一種降低功耗：

?降低系統時鐘

?關閉 APB 和 AHB 總線上未被使用的外設時鐘。

低功耗模式一覽

3.1 降低系統時鐘

在運行模式下，通過對預分頻寄存器進行編程，可以降低任意一個系統時鐘(SYSCLK、HCLK、PCLK1、PCLK2)的速度。進入睡眠模式前，也可以利用預分頻器來降低外設的時鐘。

3.2 外部時鐘的控制

在運行模式下，任何時候都可以通過停止為外設和內存提供時鐘(HCLK 和 PCLKx)來減少功耗。為了在睡眠模式下更多地減少功耗，可在執行 WFI 或 WFE 指令前關閉所有外設的時鐘。

通過設置 AHB 外設時鐘使能寄存器(RCC_AHBENR)、APB2 外設時鐘使能寄存器(RCC_APB2ENR)和APB1 外設時鐘使能寄存器(RCC_APB1ENR)來開關各個外設模塊的時鐘。

3.3 睡眠模式

進入睡眠模式通過執行 WFI 或 WFE 指令進入睡眠狀態。根據 Cortex?-M3 系統控制寄存器中的 SLEEPONEXIT 位的值，有兩種選項可用于選擇睡眠模式進入機制：

?SLEEP-NOW：如果 SLEEPONEXIT 位被清除，當 WRI 或 WFE 被執行時，微控制器立即進入睡眠模式。

?SLEEP-ON-EXIT：如果 SLEEPONEXIT 位被置位，系統從最低優先級的中斷處理程序中退出時，微控制器就立即進入睡眠模式。

在睡眠模式下，所有的 I/O 引腳都保持它們在運行模式時的狀態。

退出睡眠模式如果執行 WFI 指令進入睡眠模式，任意一個被嵌套向量中斷控制器響應的外設中斷都能將系統從睡眠模式喚醒。如果執行 WFE 指令進入睡眠模式，則一旦發生喚醒事件時，微處理器都將從睡眠模式退出。喚醒事件可以通過下述方式產生：

?在外設控制寄存器中使能一個中斷，而不是在 NVIC(嵌套向量中斷控制器)中使能，并且在Cortex-M3 系統控制寄存器中使能 SEVONPEND 位。當 MCU 從 WFE 中喚醒后，外設的中斷掛起位和外設的 NVIC 中斷通道掛起位(在 NVIC 中斷清除掛起寄存器中)必須被清除。

配置一個外部或內部的 EXIT 線為事件模式。當 MCU 從 WFE 中喚醒后，因為與事件線對應的掛起位未被設置，不必清除外設的中斷掛起位或外設的 NVIC 中斷通道掛起位。該模式喚醒所需的時間最短，因為沒有時間損失在中斷的進入或退出上。

SLEEP-NOW 模式

SLEEP-ON-EXIT 模式

3.4 停止模式

停止模式是在 Cortex?-M3 的深睡眠模式基礎上結合了外設的時鐘控制機制，在停止模式下電壓調節器可運行在正常或低功耗模式。此時在 1.8V 供電區域的的所有時鐘都被停止，PLL、HSI 和HSERC 振蕩器的功能被禁止，SRAM 和寄存器內容被保留下來。

在停止模式下，所有的 I/O 引腳都保持它們在運行模式時的狀態。

進入停止模式

在停止模式下，通過設置電源控制寄存器(PWR_CR)的 LPDS 位使內部調節器進入低功耗模式，能夠降低更多的功耗。如果正在進行閃存編程，直到對內存訪問完成，系統才進入停止模式。如果正在進行對 APB 的訪問，直到對 APB 訪問完成，系統才進入停止模式。可以通過對獨立的控制位進行編程，可選擇以下功能：

?獨立看門狗(IWDG)：可通過寫入看門狗的鍵寄存器或硬件選擇來啟動 IWDG。一旦啟動了獨立看門狗，除了系統復位，它不能再被停止。

?實時時鐘(RTC)：通過備份域控制寄存器(RCC_BDCR)的 RTCEN 位來設置。

?內部 RC 振蕩器(LSIRC)：通過控制/狀態寄存器(RCC_CSR)的 LSION 位來設置。

?外部 32.768kHz 振蕩器(LSE)：通過備份域控制寄存器(RCC_BDCR)的 LSEON 位設置。

在停止模式下，如果在進入該模式前 ADC 和 DAC 沒有被關閉，那么這些外設仍然消耗電流。通過設置寄存器 ADC_CR2 的 ADON 位和寄存器 DAC_CR 的 ENx 位為 0 可關閉這 2 個外設。

退出停止模式

關于如何退出停止模式，詳見下表。

當一個中斷或喚醒事件導致退出停止模式時，HSIRC 振蕩器被選為系統時鐘。

當電壓調節器處于低功耗模式下，當系統從停止模式退出時，將會有一段額外的啟動延時。如果在停止模式期間保持內部調節器開啟，則退出啟動時間會縮短，但相應的功耗會增加。

停止模式

3.5 待機模式

待機模式可實現系統的最低功耗。該模式是在 Cortex-M3 深睡眠模式時關閉電壓調節器。整個1.8V 供電區域被斷電。PLL、HSI 和 HSE 振蕩器也被斷電。SRAM 和寄存器內容丟失。只有備份的寄存器和待機電路維持供電。

進入待機模式

可以通過設置獨立的控制位，選擇以下待機模式的功能：

?獨立看門狗(IWDG)：可通過寫入看門狗的鍵寄存器或硬件選擇來啟動 IWDG。一旦啟動了獨立看門狗，除了系統復位，它不能再被停止。

?實時時鐘(RTC)：通過備用區域控制寄存器(RCC_BDCR)的 RTCEN 位來設置。

?內部 RC 振蕩器(LSIRC)：通過控制/狀態寄存器(RCC_CSR)的 LSION 位來設置。

?外部 32.768kHz 振蕩器(LSE)：通過備用區域控制寄存器(RCC_BDCR)的 LSEON 位設置。

退出待機模式

當一個外部復位(NRST 引腳)、IWDG 復位、WKUP 引腳上的上升沿或 RTC 鬧鐘事件的上升沿發生時，微控制器從待機模式退出。從待機喚醒后，除了電源控制/狀態寄存器(PWR_CSR)，所有寄存器被復位。從待機模式喚醒后的代碼執行等同于復位后的執行(采樣啟動模式引腳、讀取復位向量等)。電源控制/狀態寄存器(PWR_CSR)(見第 4.4.2 節)將會指示內核由待機狀態退出。

關于如何退出待機模式，詳見下表：

待機模式

待機模式下的輸入/輸出端口狀態

在待機模式下，所有的 I/O 引腳處于高阻態，除了以下的引腳：

?復位引腳(始終有效)

?當被設置為防侵入或校準輸出時的 TAMPER 引腳

?被使能的喚醒引腳

調試模式

默認情況下，如果在進行調試微處理器時，使微處理器進入停止或待機模式，將失去調試連接。這是因為 Cortex?-M3 的內核失去了時鐘。然而，通過設置 DBGMCU_CR 寄存器中的某些配置位，可以在使用低功耗模式下調試軟件。

3.6 低功耗模式下的自動喚醒(AWU)

RTC可以在不需要依賴外部中斷的情況下喚醒低功耗模式下的微控制器(自動喚醒模式)。RTC提供一個可編程的時間基數，用于周期性從停止或待機模式下喚醒。通過對備份區域控制寄存器(RCC_BDCR)的RTCSEL[1:0]位的編程，三個 RTC 時鐘源中的二個時鐘源可以選作實現此功能。

?低功耗 32.768kHz 外部晶振(LSE)該時鐘源提供了一個低功耗且精確的時間基準。(在典型情形下消耗小于 1μA)

?低功耗內部 RC 振蕩器(LSIRC)

使用該時鐘源，節省了一個 32.768kHz 晶振的成本。但是 RC 振蕩器將少許增加電源消耗。為了用 RTC 鬧鐘事件將系統從停止模式下喚醒，必須進行如下操作：

?配置外部中斷線 17 為上升沿觸發。

?配置 RTC 使其可產生 RTC 鬧鐘事件。

如果要從待機模式中喚醒，不必配置外部中斷線 17。

4 例程設計

4.1 PWR_Standby

1. 初始化階段

(1)使能電源和備份域時鐘

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);

開啟電源控制（PWR）和備份域（BKP）的時鐘，為后續的電源管理操作做準備。

(2)延時函數和串口初始化

delay_init();
UART_Configuration(115200);

?delay_init()：初始化延時函數，方便后續使用延時操作。

?UART_Configuration(115200)：配置串口 1，波特率為 115200，用于后續的信息輸出和命令接收。

(3)獲取并打印時鐘信息

RCC_GetClocksFreq(&clocks);
printf("n");
printf("SYSCLK: %3.1fMhz, HCLK: %3.1fMhz, PCLK1: %3.1fMhz, PCLK2: %3.1fMhz, ADCCLK: %3.1fMhzn",
       (float)clocks.SYSCLK_Frequency / 1000000, (float)clocks.HCLK_Frequency / 1000000,
       (float)clocks.PCLK1_Frequency / 1000000, (float)clocks.PCLK2_Frequency / 1000000, (float)clocks.ADCCLK_Frequency / 1000000);

獲取系統各時鐘頻率，并通過串口打印出來，方便調試和查看系統時鐘配置情況。

(4)打印提示信息并使能喚醒引腳

printf("PWR Standby Test.n");
printf("Enable WakeUp Pin - PA0n");
printf("Please Input 's', Come Standby Moden");
PWR_WakeUpPinCmd(ENABLE);

?打印測試信息和提示用戶輸入's' 以進入待機模式。

?使能喚醒引腳 PA0，用于后續從待機模式喚醒系統。

2. 等待用戶輸入

while (GetCmd() != 's');

?通過GetCmd()函數不斷檢查串口接收的數據，當接收到字符's' 時，跳出循環，準備進入待機模式。

3. GPIO 配置

GPIO_Configuration();

?對所有 GPIO 端口（GPIOA - GPIOG）進行配置，將所有引腳設置為模擬輸入模式，以降低功耗。

4. 進入待機模式

PWR_EnterSTANDBYMode();

?調用該函數使系統進入待機模式，此時系統大部分功能停止工作，功耗極低。綜上所述，該程序的主要流程是初始化系統，提示用戶輸入's'，接收到指定字符后配GPIO，然后使系統進入待機模式，等待喚醒信號。

4.2 PWR_Stop

該程序是一個基于 W55MH32 的低功耗停止模式（STOP Mode）測試程序，主要用于驗證系統進入停止模式以及通過外部中斷喚醒的功能。以下是程序的主要工作流程總結：

1. 初始化階段

(1)使能電源和備份域時鐘

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR | RCC_APB1Periph_BKP, ENABLE);

開啟電源控制（PWR）和備份域（BKP）的時鐘，為后續的電源管理操作做準備。

(2)延時函數和串口初始化

delay_init();
UART_Configuration(115200);

?delay_init()：初始化延時函數。

?UART_Configuration(115200)：配置串口 1，波特率為 115200，用于調試信息輸出和命令接收。

(3)獲取并打印時鐘信息

RCC_GetClocksFreq(&clocks);
printf("SYSCLK: %3.1fMhz, HCLK: %3.1fMhz, PCLK1: %3.1fMhz, PCLK2: %3.1fMhz, ADCCLK: %3.1fMhzn", ...);

獲取并打印系統各總線時鐘頻率，便于調試。

(4)打印提示信息并配置喚醒引腳

printf("PWR Stop Test.n");
printf("Enable WakeUp Pin - PA0n");
printf("Please Input 's', Come Stop Moden");
WAKEUP_Configuration();

?提示用戶輸入字符's' 觸發進入停止模式。

?調用WAKEUP_Configuration() 配置喚醒引腳 PA0 為外部中斷觸發（上升沿）。

2. 等待用戶輸入

while (GetCmd() != 's');

通過GetCmd() 函數持續檢測串口輸入，直到接收到字符's'。

3. GPIO 配置

GPIO_Configuration();

?將所有 GPIO 引腳（除 PA0 外）設置為模擬輸入模式（GPIO_Mode_AIN），以降低功耗。

?PA0 保持上拉輸入，用于喚醒中斷。

4. 進入停止模式

PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);

?選擇低功耗調節器（PWR_Regulator_LowPower）以進一步降低功耗。

?通過 **WFI（Wait For Interrupt）** 指令進入停止模式。

5. 喚醒后處理

(1)系統復位與重新初始化

SystemInit();  // 復位系統時鐘到默認配置
UART_Configuration(115200);  // 重新初始化串口
printf("WakeUp Successn");

?喚醒后，系統從復位向量啟動，需重新初始化串口才能繼續輸出。

(2)無限循環

while (1);

程序保持運行狀態，等待其他操作。

6. 喚醒中斷處理（EXTI0_IRQHandler）

?當 PA0 檢測到上升沿時觸發中斷。

?清除中斷標志位并打印調試信息（示例中僅打印EXTI->PR寄存器值）。

5 下載驗證

5.1 PWR_Standby

5.2 PWR_Stop

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審核編輯 黃宇