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单片机的电池供电微功耗规划

对于大部分单片机系统,由于单片机的运行速度很快,单片机在工作的过程中有大量的空闲等待时间。在某些情况下,系统的等待时间甚至可以达到…

关于大部分单片机体系,由于单片机的运转速度很快,单片机在作业的进程中有许多的闲暇等候时间。在某些状况下,体系的等候时间乃至能够到达总作业时间的95%以上。在等候进程中,单片机不作任何作业,只是在踏步等候,或许在循环判别有无新的外部恳求。在这个进程中,能够让单片机内部的大部分电路作业在休眠状况,能够大大地下降单片机的功耗。一起,也能够让有关的外部电路作业在休眠状况,这样就使整个产品的供电大大下降。产品的这种非接连作业的特色是微功耗规划的根本思路,此外,还要依据产品的特色醉意更多的规划细节。
挑选适宜的CPU芯片是微功耗规划的要害
现在的单片机品种许多,并且大都针对某一个特定的运用,可依据详细运用状况挑选适宜的单片机。在需求进行微功耗规划的运用中,能够依据下面的规矩来挑选:
1. 挑选尽可能削减外部电路的单片机。跟着集成电路工艺技术的飞速发展,真实单片化的单片机体系已逐渐成为主流产品。
2. 留意比较作业电流和静态电流。由于工艺的不同,单片机内部作业电流、静态电流不尽相同,有的乃至相差很大。在挑选单片机时,不但要考虑其作业电流,还要细心考虑其在休眠状况下的静态电流。
3. 经过比较能够看出,选用专用的低功耗单片机,可愈加灵敏地操控其功耗,在满意规划要求的前提下使其尽可能作业于最省电的形式。
4. 挑选适宜的ROM、RAM。一般来讲,存储器越大功耗也越大。在满意规划要求的状况下,尽可能运用单片机内部的ROM、RAM。
5. 挑选适宜的作业时钟频率。在较低的时钟频率下,单片机的功耗也较低。以MSP430F1121为例,当作业在1MHz的主频之下,典型电流耗费为300uA;而作业在4096Hz的主频之下,其电流只要3uA。
6. 挑选适宜的IO管脚数,和适宜的IO驱动才能和显现驱动才能。单片机驱动的IO管脚数越多,其功耗也就越大。
7. 挑选适宜的单片机,完成真实意义上单片化,能够省去了许多的硬件开发调试作业,提高了作业效率,体系的可靠性、抗干扰才能得到了明显的改进,一起使体系本钱下降,愈加合适微型化和便携化,对下降体系功耗有着决定性的效果。
低功耗规划战略
a. 使内部电路可挑选性地作业
一般,规划中不会用到悉数的单片机内部电路,而那些没有用到的电路将产生额定的功耗。在需求进行微功耗规划的运用中,能够经过对内部特别功用寄存器编程,挑选运用不同的功用模块,关于不运用的功用模块使其停止作业,削减体系无效功耗。
b. 产品的低电压规划能够下降产品功耗
一般,单片机的作业电压越高,内部晶体管在放大区的作业时间也越长,单片机的功耗也就越大。由于选用先进的芯片生产工艺,使单片机的电压规模一般很宽,如能够在1.8V~5V电源|稳压器电压规模内正常作业。为了下降体系功耗,可尽量选用低电压规划。
单片机供电电压规模的放宽,能够进一步拓展单片机的运用领域,尤其是便携式或掌上型设备中,能够放心肠运用电池作为电源,而不必关怀放电进程电压曲线是否平衡、在低电压下是否会影响单片机正常作业,更不必因电池供电而专门添加稳压电路,然后可削减许多的功率耗费。
c. 在闲暇状况时,选用低速时钟信号
单片机的功耗与其作业频率成正比,体系运转频率越高,电源功耗就会相应增大。图1所示为Philips公司的80C31单片机Vcc上的电流与主时钟频率的联系曲线,能够看出跟着单片机主时钟频率的添加,其Vcc上的电流也呈线形添加,则其功耗也跟着主时钟频率的添加而添加。
为更好地下降功耗,在许多单片机的内部集成了两套独立的时钟体系,即高速的主时钟和低速的副时钟,在不需求高速运转的状况下,可选用低速的副时钟,保持内部根本的守时要求。某些单片机的主时钟也可经过功用寄存器来从头设定,在满意功用需求的状况下,按必定份额下降主时钟频率,以下降电源功耗。可在程序运转的进程中,经过软件对特别功用寄存器赋值在线改动时钟频率,或进行主时钟和副时钟切换。
d. 尽可能作业在休眠形式
为下降功耗,一般单片机都供给多种作业形式,当处于闲暇时进入休眠形式,当有一个事情提出中断恳求时,能够快速地返回到正常的运转形式,这样既能够确保体系节电,又不影响正常的作业。
不同的单片机会有不同的作业形式,如51系列的单片机有闲暇形式和掉电形式。在不同的作业形式中,单片机内核中某些功用模块将设置为休眠状况。如MSP430系列单片机有6种不同的作业形式,除了一种是正常的运转形式(active mode)以外,其他五种均是低功耗形式,在这些形式下能够分别将CPU、内部时钟、内部总线、直至内部晶振悉数封闭,使单片机的耗电降为最小。只要产生中断恳求或复位时,体系被唤醒进入正常运转形式。
外部电路的微功耗规划
单片机周边电路的微功耗规划十分杂乱,对产品的全体耗电而言也非常重要。杂乱,巨大的周边电路将会带来很大的电源耗费,因而,应尽量少选用外部电路,尽可能使用单片机内部的资源。
作为一个用电池供电的设备而言,其静态功耗最好为几微安~几十微安,由于这部分电流是在待机状况下加在设备上,是常供电电流,在体系不作业的状况下将形成很大的电能糟蹋。因而在规划中,应该使外部电路最少,并削减外部电路在静态需求供电的部分。一起,还需求考虑以下问题:
1. 体系中单片机以外的其它器材尽可能选用静态功耗低的器材,如尽量选用CMOS芯片,少用双极性的晶体管门电路,由于双极性电路需求一个稳定的保持电流,添加了电路的静态功耗。
2. 依照芯片的要求,将不必的引脚接至地或许高电平,悬空的输入脚将会增大芯片的静态电流。
3. 在IO管脚上尽量少用上拉或下拉电阻,这些电阻将耗费必定的静态电流。
4. 数据收集的模仿部分的规划能够选用一种轨对轨(rail-to-rail)的BiCMOS运算放大器,如LMV824用于代替LM324时,电源可低至2.5V,单位带宽到5MHz,仅250μA/通道。
5. 规划外部器材的电源操控电路,使外部器材或设备在不作业时关断供电,削减无效功耗。低功耗器材的价格一般稍高一些,假如价格答应,一般都能够找到相应的低电压、低功耗的代替产品。
6. 多用电压驱动电路,少用电流驱动电路。例如,要显现运转成果、当时状况或操控信息,一般有LCD显现器、led显现器两种挑选。用LCD输出,一般只要几个微安的电流;而用LED则会有几十毫安的电流。

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