基于單片機(jī)的電池供電設(shè)備的微功耗設(shè)計(jì)策略淺析

　　為更好地降低功耗，在許多單片機(jī)的內(nèi)部集成了兩套獨(dú)立的時(shí)鐘系統(tǒng)，即高速的主時(shí)鐘和低速的副時(shí)鐘，在不需要高速運(yùn)行的情況下，可選用低速的副時(shí)鐘，維持內(nèi)部基本的定時(shí)要求。某些單片機(jī)的主時(shí)鐘也可通過功能寄存器來重新設(shè)定，在滿足功能需要的情況下，按一定比例降低主時(shí)鐘頻率，以降低電源功耗。可在程序運(yùn)行的過程中，通過軟件對(duì)特殊功能寄存器賦值在線改變時(shí)鐘頻率，或進(jìn)行主時(shí)鐘和副時(shí)鐘切換。

　　d. 盡可能工作在休眠模式

　　為降低功耗，通常單片機(jī)都提供多種工作模式，當(dāng)處于空閑時(shí)進(jìn)入休眠模式，當(dāng)有一個(gè)事件提出中斷請(qǐng)求時(shí)，可以快速地返回到正常的運(yùn)行模式，這樣既可以保證系統(tǒng)節(jié)電，又不影響正常的工作。

　　不同的單片機(jī)會(huì)有不同的工作模式，如51系列的單片機(jī)有空閑模式和掉電模式。在不同的工作模式中，單片機(jī)內(nèi)核中某些功能模塊將設(shè)置為休眠狀態(tài)。如MSP430系列單片機(jī)有6種不同的工作模式，除了一種是正常的運(yùn)行模式(active mode)以外，其余五種均是低功耗模式，在這些模式下可以分別將CPU、內(nèi)部時(shí)鐘、內(nèi)部總線、直至內(nèi)部晶振全部關(guān)閉，使單片機(jī)的耗電降為最小。只有發(fā)生中斷請(qǐng)求或復(fù)位時(shí)，系統(tǒng)被喚醒進(jìn)入正常運(yùn)行模式。

　　外部電路的微功耗設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)周邊電路的微功耗設(shè)計(jì)十分復(fù)雜，對(duì)產(chǎn)品的整體耗電而言也非常重要。復(fù)雜，龐大的周邊電路將會(huì)帶來很大的電源消耗，因此，應(yīng)盡量少選用外部電路，盡可能利用單片機(jī)內(nèi)部的資源。

　　作為一個(gè)用電池供電的設(shè)備而言，其靜態(tài)功耗最好為幾微安～幾十微安，由于這部分電流是在待機(jī)狀態(tài)下加在設(shè)備上，是常供電電流，在系統(tǒng)不工作的情況下將造成很大的電能浪費(fèi)。因此在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該使外部電路最少，并減少外部電路在靜態(tài)需要供電的部分。同時(shí)，還需要考慮以下問題：

　　1. 系統(tǒng)中單片機(jī)以外的其它器件盡可能選用靜態(tài)功耗低的器件，如盡量選用CMOS芯片，少用雙極性的晶體管門電路，因?yàn)殡p極性電路需要一個(gè)恒定的維持電流，增加了電路的靜態(tài)功耗。

　　2. 按照芯片的要求，將不用的引腳接至地或者高電平，懸空的輸入腳將會(huì)增大芯片的靜態(tài)電流。

　　3. 在IO管腳上盡量少用上拉或下拉電阻，這些電阻將消耗一定的靜態(tài)電流。

　　4. 數(shù)據(jù)采集的模擬部分的設(shè)計(jì)可以采用一種軌對(duì)軌(rail-to-rail)的BiCMOS運(yùn)算放大器，如LMV824用于替代LM324時(shí)，電源可低至2.5V，單位帶寬到5MHz，僅250μA/通道。

　　5. 設(shè)計(jì)外部器件的電源控制電路，使外部器件或設(shè)備在不工作時(shí)關(guān)斷供電，減少無效功耗。低功耗器件的價(jià)格一般稍高一些，如果價(jià)格允許，通常都可以找到相應(yīng)的低電壓、低功耗的替代產(chǎn)品。

　　6. 多用電壓驅(qū)動(dòng)電路，少用電流驅(qū)動(dòng)電路。例如，要顯示運(yùn)行結(jié)果、當(dāng)前狀態(tài)或控制信息，通常有LCD顯示器、LED顯示器兩種選擇。用LCD輸出，一般只有幾個(gè)微安的電流；而用LED則會(huì)有幾十毫安的電流。

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