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電子產品的低功耗問題經常讓產品設計者頭痛而又不得不面對。以單片機(MCU)為核心的系統，其功耗主要由單片機功耗和單片機外圍電路功耗組成。要降低單片機系統的功耗，需要從硬件和軟件兩方面入手。 硬件設計考慮因素 要滿足單片機系統的低功耗要求，選用具有低功耗特性的單片機可以很容易實現(例如，Siliconlaboratories設計的高速C8051F($8.5125)系列單片機)。因為具有低功耗特性的單片機可以大大降低系統功耗，這可以從單片機的供電電壓、內部結構、系統時鐘和低功耗模式等幾方面來考察一款單片機的低功耗特性。一般來講，用戶在選擇技術供應商和產品過程中，需要對下面的一些重要硬件參數進行更加深入的考量： 選擇簡單的CPU內核 選擇CPU內核時切忌一味追求性能，以“夠用就好”為原則。8位機夠用，就沒有必要選用16位機、32位機;單片機的運行速度越快，往往其功耗也越大。一個CPU越復雜、集成度越高、功能越強，片內晶體管越多，總漏電流也越大，即使進入STOP狀態，漏電流也會變得不可忽視;而簡單的CPU內核不僅功耗低，成本也低。 選擇低電壓供電的單片機系統 單片機系統的供電電壓低，可以有效地降低其系統功耗。由于半導體制造工藝的發展，現在單片機的供電電壓從5V供電降低到3.3V、3V、2V乃至1.8V。供電電壓低，不緊可以降低單片機的功耗，還可以降低單片機外圍電路的功耗。 選擇帶有低功耗模式的單片機系統 低功耗模式指的是系統的Idle、Stop和Suspend等模式。處于這些模式下的功耗將遠遠小于正常運行下的功耗。Idle模式下，CPU停止工作，但內部系統時鐘并不停止，單片機的外圍I/O模塊也不停止工作;系統功耗一般降低有限，相當于工作模式功耗的50%左右。 如果在CPU進入Stop模式時，將各個模擬外設關掉，這時的功耗可以降低到nA級。但是在Stop模式下，CPU被喚醒后要重新對系統作初始化，所有特殊功能寄存器的內容將被重新初始化。這在某些低功耗應用場合需要注意。 Suspend模式下，CPU、內部系統時鐘停止工作，I/O模塊等被懸掛起來，片內RAM中存儲的數據將被保持，CPU的功耗可以降低到nA級，由喚醒事件喚醒。當CPU被喚醒后，系統不會被CPU復位，繼續從進入Suspend模式的地方開始執行程序。這是一種非常理想的低功耗模式。 在硬件層面來說，對上面的這些參數進行仔細衡量是十分必要的，除此之外，選擇合適的時鐘方案和使用每MIPS功耗來衡量MCU的低功耗性能也是非常關鍵的。 應用軟件考慮因素 應用軟件設計對于一個低功耗系統的重要性常常被人們忽略。一個重要的原因是，軟件設計上的缺陷并不像硬件那樣容易發現，同時也沒有一個嚴格的標準來判斷一個軟件的低功耗特性。但是設計者如果能盡量將應用的低功耗特性反映在軟件中，就可以避免那些“看不見”的功耗損失： 用“中斷”代替“查詢” 在沒有要求低功耗的場合，程序使用中斷方式還是查詢方式并不重要。但在要求低功耗場合，這兩種方式相差甚遠。使用中斷方式，CPU可以什么都不做，甚至可以進入等待模式或停止模式;而查詢方式下，CPU必須不停地訪問I/O寄存器，這會帶來很多額外的功耗。 用“宏”代替“子程序” 子程序調用的入棧出棧操作，要對RAM進行兩次操作，會帶來更大的功耗。宏在編譯時展開，CPU按順序執行指令。使用宏，會增加程序的代碼量，但對不在乎程序代碼量大的應用，使用宏無疑會降低系統的功耗。 盡量減少CPU的運算量 減少CPU的運算工作量，可以有效地降低CPU的功耗。減少CPU運算的工作可以從很多方面入手：用查表的方法替代實時的計算;不可避免的實時計算，算到精度夠了就結束，避免“過度”的計算;盡量使用短的數據類型，例如，盡量使用字符型的8位數據替代16位的整型數據，盡量使用分數運算而避免浮點數運算等。 讓I/O模塊間歇運行 在系統運行過程中，不用的I/O模塊要關掉，間歇使用的I/O模塊要及時關掉，以節省電能。同時，不用的I/O引腳要設置成輸出或設置成輸入，用上拉電阻拉高。 總之，在單片機系統設計過程中，需要深入理解單片機低功耗的特性，并在硬件和應用軟件的設計過程中充分利用單片機的低功耗特性，從而設計出符合低功耗要求的產品。 |
