基于單片機(jī)的電池供電設(shè)備的微功耗設(shè)計(jì)

　　低功耗設(shè)計(jì)策略

　　a. 使內(nèi)部電路可選擇性地工作

　　一般，設(shè)計(jì)中不會用到全部的單片機(jī)內(nèi)部電路，而那些沒有用到的電路將產(chǎn)生額外的功耗。在需要進(jìn)行微功耗設(shè)計(jì)的應(yīng)用中，可以通過對內(nèi)部特殊功能寄存器編程，選擇使用不同的功能模塊，對于不使用的功能模塊使其停止工作，減少系統(tǒng)無效功耗。

　　b. 產(chǎn)品的低電壓設(shè)計(jì)可以降低產(chǎn)品功耗

　　一般，單片機(jī)的工作電壓越高，內(nèi)部晶體管在放大區(qū)的工作時(shí)間也越長，單片機(jī)的功耗也就越大。由于采用先進(jìn)的芯片生產(chǎn)工藝，使單片機(jī)的電壓范圍一般很寬，如可以在1.8V～5V電源電壓范圍內(nèi)正常工作。為了降低系統(tǒng)功耗，可盡量采用低電壓設(shè)計(jì)。

　　單片機(jī)供電電壓范圍的放寬，可以進(jìn)一步拓寬單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是便攜式或掌上型設(shè)備中，可以放心地使用電池作為電源，而不必關(guān)心放電過程電壓曲線是否平衡、在低電壓下是否會影響單片機(jī)正常工作，更不必因電池供電而專門增加穩(wěn)壓電路，從而可減少大量的功率消耗。

　　c. 在空閑狀態(tài)時(shí)，采用低速時(shí)鐘信號

　　單片機(jī)的功耗與其工作頻率成正比，系統(tǒng)運(yùn)行頻率越高，電源功耗就會相應(yīng)增大。圖1所示為Philips公司的80C31單片機(jī)Vcc上的電流與主時(shí)鐘頻率的關(guān)系曲線，可以看出隨著單片機(jī)主時(shí)鐘頻率的增加，其Vcc上的電流也呈線形增加，則其功耗也隨著主時(shí)鐘頻率的增加而增加。

　　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?？稍诔绦蜻\(yùn)行的過程中，通過軟件對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。