你需要知道单片机低功耗设计.doc
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1、你需要知道单片机低功耗设计在前面一篇文章中,笔者主要介绍了自己的一些工作经历,跟真正的低功耗设计似乎扯不上半毛钱的关系。随着电子产品的越来越普及,尤其是很多电子产品都用上了电池供电,既然用电池供电,那么似乎我们就不得不考虑电池的续航能力的问题,进而,迫使我们不得不考虑电子产品功耗的问题。那么究竟怎样才算低功耗呢?小于100mA?小于1mA?小于10uA?似乎应该加上应用场合,这种数值才有意义。不管怎样,低功耗的意思可以概括为越小越小!在做这个温度记录仪之前,笔者压根不怎么需要考虑功耗的问题,毕竟在一个大设备里,开关电源直接供电,控制板那100毫安以内的电流,几乎可以忽略不计了。然而,在做这个温
2、度记录仪的时候,才发现,100mA的电流经得起多久的折腾?一块500mAh的锂电池,几个小时就没电了,更别说要用几十天甚至半年到一年的时间了。当然,降低功耗并不是纯硬件或软件就能实现的,很多时候,都是需要软件和硬件的协同工作才能解决问题。比如,我们在做NTC测温电路的时候,如果直接如下图所示连接,那么实际上,计时在未进行AD采集的时候,改电路也一直在消耗电流,按照常温状态下来算,NTC的阻值为10K,那么这部分的电流消耗为:I=3.3V/(10K+10K)= 165uA。似乎看起来很小,但是,这只是电路中一部分的消耗,还有其他很多部分都有电流消耗,累加起来之后,就比这165uA大的多了。那么有
3、没有办法让这一部分电路的功耗降低呢?答案肯定是有的。比如,我们可以在3.3V电源部分或者GND部分加一个开关,并且通过一个IO口来直接控制这个开关,在需要进行AD采样的时候,把这个开关打开,采样完成后,再把这个开关关闭,这样一来,似乎就可以尽可能的减小这部分的开销了。那么以在GND端加一个MOS管为例,如下图所示:这样一来,我们就可以达到之前预期的目的了。当然,如果真如上这样设计电路的话,无形中似乎也增加了成本,一个SI2302也需要一两毛钱,一个电阻也是几分钱,如果是几K甚至几十K的量的话,那么成本就不是一点点了。那么上述电路是不是还可以简化一下呢?那是必须滴!实际上我们可以直接通过一个IO
4、口来接到NTC的一端,毕竟按照之前计算的电流,也才微安级别的,就算忽略掉NTC的阻值,也有R1起到限流的作用,不用担心烧坏IO口。那么,当需要采集AD的时候,直接将IO口拉低,就能实现电阻分压了。由此可见,降低功耗从硬件角度来说,就是需要找到所有可能的消耗电路的回路,一一确定哪些是可以通过软件控制的方式来优化功耗的,哪些是避免不了的,并给编程人员提供一个所有IO口状态对功耗影响的关系,通常用简单的表格说明一下高电平会怎样,低电平会怎样,悬浮会怎样。做到这一点,基本上硬件的工作就告完成,剩下的就是软件开发人员的发挥空间了。说到软件功耗优化,简单来说就是:能少工作的就少工作,能休眠的就休眠!以笔者
5、做的这个温度记录仪为例,单片机型号选择的是STC的STC8A8K64S4A12单片机,别问我为什么选择这款单片机,因为笔者别的单片机不怎么会用,而且打样时间又比较急,所以只能在自己熟悉的单片机中,选择满足要求的,价格又比较低的,功耗又是最低的来做了。整个项目中,主要就是RTC时钟模块、NTC测温模块、按键操作模块、串口通信模块、2.4G无线模块、OLED显示模块、无线充电模块等几个部分。硬件部分,已经尽可能的将功耗降到最低了,但是发现,不管怎么操作,STC单片机正常工作的时候,电流还是有4-5mA,加上OLED显示的话,也有2-3mA,2.4G模块工作的时候电流更大,有30-40mA,这样可真
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