1 Reply Latest reply on Sep 13, 2011 8:22 AM by 小飞侠

    基于单片机的电池供电设备的微功耗设计

    Brown Belt

      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总工作时间的95%以上。在等待过程中,单片机不作任何工作,只是在踏步等待,或者在循环判断有无新的外部请求。在这个过程中,可以让单片机内部的大部分电路工作在休眠状态,可以大大地降低单片机的功耗。同时,也可以让有关的外部电路工作在休眠状态,这样就使整个产品的供电大大降低。产品的这种非连续工作的特点是微功耗设计的基本思路,此外,还要根据产品的特点醉意更多的设计细节。

        选择合适的CPU芯片是微功耗设计的关键

        目前的单片机种类很多,而且大都针对某一个特定的应用,可根据具体应用情况选择合适的单片机。在需要进行微功耗设计的应用中,可以根据下面的规则来选择:

        1. 选择尽可能减少外部电路的单片机。随着集成电路工艺技术的飞速发展,真正单片化的单片机系统已逐步成为主流产品。

        2. 注意比较工作电流和静态电流。由于工艺的不同,单片机内部工作电流、静态电流不尽相同,有的甚至相差很大。在选择单片机时,不但要考虑其工作电流,还要仔细考虑其在休眠状态下的静态电流。

        3. 通过比较可以看出,选用专用的低功耗单片机,可更加灵活地控制其功耗,在满足设计要求的前提下使其尽可能工作于最省电的模式。

        4. 选择合适的ROM、RAM。一般来讲,存储器越大功耗也越大。在满足设计要求的情况下,尽可能使用单片机内部的ROM、RAM。

        5. 选择合适的工作时钟频率。在较低的时钟频率下,单片机的功耗也较低。以MSP430F1121为例,当工作在1MHz的主频之下,典型电流消耗为300uA;而工作在4096Hz的主频之下,其电流只有3uA。

        6. 选择合适的IO管脚数,和合适的IO驱动能力和显示驱动能力。单片机驱动的IO管脚数越多,其功耗也就越大。

        7. 选择合适的单片机,实现真正意义上单片化,可以省去了大量的硬件开发调试工作,提高了工作效率,系统的可靠性、抗干扰能力得到了显著的改善,同时使系统成本降低,更加适合微型化和便携化,对降低系统功耗有着决定性的作用。

        低功耗设计策略

        a. 使内部电路可选择性地工作

        一般,设计中不会用到全部的单片机内部电路,而那些没有用到的电路将产生额外的功耗。在需要进行微功耗设计的应用中,可以通过对内部特殊功能寄存器编程,选择使用不同的功能模块,对于不使用的功能模块使其停止工作,减少系统无效功耗。

        b. 产品的低电压设计可以降低产品功耗

      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总工作时间的95%以上。在等待过程中,单片机不作任何工作,只是在踏步等待,或者在循环判断有无新的外部请求。在这个过程中,可以让单片机内部的大部分电路工作在休眠状态,可以大大地降低单片机的功耗。同时,也可以让有关的外部电路工作在休眠状态,这样就使整个产品的供电大大降低。产品的这种非连续工作的特点是微功耗设计的基本思路,此外,还要根据产品的特点醉意更多的设计细节。

        选择合适的CPU芯片是微功耗设计的关键

        目前的单片机种类很多,而且大都针对某一个特定的应用,可根据具体应用情况选择合适的单片机。在需要进行微功耗设计的应用中,可以根据下面的规则来选择:

        1. 选择尽可能减少外部电路的单片机。随着集成电路工艺技术的飞速发展,真正单片化的单片机系统已逐步成为主流产品。

        2. 注意比较工作电流和静态电流。由于工艺的不同,单片机内部工作电流、静态电流不尽相同,有的甚至相差很大。在选择单片机时,不但要考虑其工作电流,还要仔细考虑其在休眠状态下的静态电流。

        3. 通过比较可以看出,选用专用的低功耗单片机,可更加灵活地控制其功耗,在满足设计要求的前提下使其尽可能工作于最省电的模式。

        4. 选择合适的ROM、RAM。一般来讲,存储器越大功耗也越大。在满足设计要求的情况下,尽可能使用单片机内部的ROM、RAM。

        5. 选择合适的工作时钟频率。在较低的时钟频率下,单片机的功耗也较低。以MSP430F1121为例,当工作在1MHz的主频之下,典型电流消耗为300uA;而工作在4096Hz的主频之下,其电流只有3uA。

        6. 选择合适的IO管脚数,和合适的IO驱动能力和显示驱动能力。单片机驱动的IO管脚数越多,其功耗也就越大。

        7. 选择合适的单片机,实现真正意义上单片化,可以省去了大量的硬件开发调试工作,提高了工作效率,系统的可靠性、抗干扰能力得到了显著的改善,同时使系统成本降低,更加适合微型化和便携化,对降低系统功耗有着决定性的作用。

        低功耗设计策略

        a. 使内部电路可选择性地工作

        一般,设计中不会用到全部的单片机内部电路,而那些没有用到的电路将产生额外的功耗。在需要进行微功耗设计的应用中,可以通过对内部特殊功能寄存器编程,选择使用不同的功能模块,对于不使用的功能模块使其停止工作,减少系统无效功耗。

        b. 产品的低电压设计可以降低产品功耗