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系统详解Silabs MCU低功耗优势及经典案例

作者:凯时娱乐官网时间:2019-02-06 09:48浏览:

  的功耗,需要从硬件和软件两方面入手。美国SiliconLaboratories公司()设计的高速C8051F系列单片机是一种高度集成的SoC型芯片,兼容传统的8051单片机内核和指令,但其各方面的性能都远远超越了传统的8051单片机。C8051F系列单片机中增加的外设或功能部件有:模拟多路选择器、可编程增益放大器、ADC、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus(I2C)、增强型UART、SPI、可编程计数/定时器阵列(PCA)、电源监视器、看门狗定时器(WDT)和时钟振荡器等。另外还有片上的FLASH程序存储器和RAM。特别是在低功耗设计方面,提供了多种低功耗模式供用户选择,方便客户设计出不同低功耗要求的产品。

  要满足单片机系统的低功耗要求,选用具有低功耗特性的单片机可以很容易实现。因为具有低功耗特性的单片机可以大大降低系统功耗,这可以从单片机的供电电压、内部结构、系统时钟和低功耗模式等几方面来考察一款单片机的低功耗特性。

  选择CPU内核时切忌一味追求性能,以“够用就好”为原则。8位机够用,就没有必要选用16位机、32位机;单片机的运行速度越快,往往其功耗也越大。一个CPU越复杂、集成度越高、功能越强,片内晶体管越多,总漏电流也越大,10月21日上市公司晚间公告速递。即使进入STOP状态,漏电流也会变得不可忽视;而简单的CPU内核不仅功耗低,成本也低。

  单片机系统的供电电压低,可以有效的降低其系统功耗。由于半导体制造工艺的发展,现在单片机的供电电压从5V供电降低到3.3V、3V、2V乃至1.8V。供电电压低,不紧可以降低单片机的功耗,还可以降低单片机外围电路的功耗。

  低功耗模式指的是系统的Idle、Stop和Suspend等模式。处于这些模式下的功耗将远远小于正常运行下的功耗。

  Idle模式下,CPU停止工作,但内部系统时钟并不停止,单片机的外围I/O模块也不停止工作;系统功耗一般降低有限,相当于工作模式功耗的50%左右。

  Stop模式下,CPU和内部系统时钟停止工作,所有的数字外设也自动停止工作,内部RAM的信息以最小功耗被保持,CPU消耗电流可降到A级,由外 部或内部的复位使系统退出Stop模式,进而唤醒CPU继续工作。如果在CPU进入Stop模式时,将各个模拟外设关掉,这时的功耗可以降低到nA级。但 是在Stop模式下,CPU被唤醒后要重新对系统作初始化,所有特殊功能寄存器的内容将被重新初始化。这在某些低功耗应用场合需要注意。

  Suspend模式下,CPU、内部系统时钟停止工作,I/O模块等被悬挂起来,片内RAM中存储的数据将被保持,CPU的功耗可以降低到nA级,由唤 醒事件唤醒。当CPU被唤醒后,系统不会被CPU复位,继续从进入Suspend模式的地方开始执行程序。这是一种非常理想的低功耗模式。

  单片机内部的总电流消耗可分为运行电流和漏电流两部份。单片机集成度越高,环境温度越高,漏电流也越大。在单片机运行时,开关电 路不断地由“1”变“0”、由“0”变“1”,内部电容不停地充放电,这些都是单片机运行时电流的主要来源。要实现开关电路快速关断和电容的快速充放电, 需要比较大的电流。运行电流几乎是和单片机的时钟频率成正比的,因此尽量降低系统时钟的运行频率可以有效地降低系统功耗。

  单片机时钟是使用锁相环、外部振荡器,还是内部振荡器,这与单片机的功耗有很大关系。现代单片机普遍采用锁相环技术,允许用户在片外使用频率较低的振荡器,通过程序控制,系统时钟可以在一个很宽的范围内调整,总线频率往往能升得很高,但是会带来额外的功率消耗。环亚国际ag886!仅仅就时钟方案来讲,使用外部振荡器且不使用锁相环是功率消耗最小的一种。

  有些场合的应用比较复杂,对MCU的速度要求也很高。尽管采用新的半导体工艺,但MCU速度越高,一般来说功耗也越大。因此很多高速MCU提供了双时钟系统,并允许MCU在运行中实时快速的进行时钟切换,以达到降低功耗的目的。

  SilabsMCU带有内部高速振荡器,又可以使用外部振荡器,并且可以在CPU运行中实时高速地进行内、外振荡器切换。这对于间歇工作的系统是一种非常好的低功耗方式。当要处理数据时,使用内部高速振荡器;当CPU空闲时,切换到外部低速振荡器,以降低功耗。

  尽管我们强调要降低单片机系统的功耗,必须尽量降低单片机的系统时钟。但使用每MIPS功耗来衡量MCU的功耗与之并不矛盾。这是相对的,要具体问题具体分析。

  例如,执行一个需要10K条指令的任务,甲MCU的工作电流为3mA,速度为10MIPS,则甲MCU需要工作1mS完成该任务,消耗3mA×1ms×Vcc,然后甲MCU就可以进入低功耗模式了。

  而乙MCU的工作电流为1mA,速度为2MIPS,则乙MCU需要工作5ms完成,这样乙MCU完成该任务的消耗为1mA×5ms×Vcc。

  应用软件设计对于一个低功耗系统的重要性常常被人们忽略。一个重要的原因是,软件设计上的缺陷并不像硬件那样容易发现,同时也没有一个严格的标准来判断一个软件的低功耗特性。但是设计者如果能尽量将应用的低功耗特性反映在软件中,就可以避免那些“看不见”的功耗损失。

  在没有要求低功耗的场合,程序使用中断方式还是查询方式并不重要。但在要求低功耗场合,这两种方式相差甚远。使用中断方式,CPU可以什么都不做,甚至可以进入等待模式或停止模式;而查询方式下,CPU必须不停地访问I/O寄存器,这会带来很多额外的功耗。

  子程序调用的入栈出栈操作,要对RAM进行两次操作,会带来更大的功耗。宏在编译时展开,CPU按顺序执行指令。使用宏,会增加程序的代码量,但对不在乎程序代码量大的应用,使用宏无疑会降低系统的功耗。分频器相关文章:分频器原理

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