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单片机开发

单片机低能耗技术


嵌入式单片机系统低能耗技术

随着电子技术的快速发展,嵌入式单片机系统越来越成熟,与此同时其低能耗逐渐成为一个重要的性能评价指标。嵌入式单片机由控制器、D/A转换器、传输接口、显示器、传感器、单片机等组成,结合嵌入式单片机系统的应用情况,采用有效的低能耗技术,最大程度地节约嵌入式单片机系统的能量损耗,推动嵌入式单片机在更广泛领域的应用。

一、嵌入式单片机系统的降低能耗技术

(1)单片机:根据CMOS系统电路特性,其能耗WS=CU2f,其中,f是时钟频率,U是电源电压,C是负载电容。为了实现电动机低能耗,可以适当降低供电电源U电压,基于标准的响应速度要求,使时钟频率f最小,利用低能耗休眠和单片机时钟管理技术,采用低能耗的单片机,如MSP430系列单片机、EN178系列单片机、PICI系列单片机等,这些单片机内部包含休眠模块。

(2)CM0S电路:根据CMOS电路应用要求,为了防止COMS电路输入引脚出现浮空情况,其输入引脚不能累积电荷,尽量降低能耗。在供电电压范围内严格控制CMOS电路输入信号幅度,保障输入电流平稳正常,并且在嵌入式单片机系统中,优化CMOS电路组成,尽量不要使用总线来驱动整个电路,尽量降低能耗。

(3)复位监控电路:在嵌入式单片机系统中复位监控电路发挥着非常重要的作用,极大地提高了单片机系统的稳定性和可靠性。但是在实际应用中,复位监控电路长时间处于工作状态,对其进行低能耗处理,应采取有效的处理方法。当前市场上出现7一款MAXIM公司设计的复位监控电路,其内部的CMOS电路采用了低能耗处理技术,如应用微功耗型MAX6348、MAX6328等,当复位监控电路处于静态状态时,电流小于500nA,保障电源电压的复位输出。

(4)显示系统:显示系统是嵌入式单片机系统的重要组成部分,用于显示测量结果、输入参数、运行状态参数等,实现快捷、方便的人机对话。为了降低嵌入式单片机系统的能耗,可以采用液晶显示系统,缩小显示系统体积,一般情况下,液晶显示器工作电压为3~6V,而这种液晶显示系统每平方厘米的能耗仅为20~70W。

(5)存储器:嵌入式单片机系统可以选择HCMOS工艺存储器,这种存储器的能耗相对较低,优化存储器工作方式,使嵌入式单片机系统内部存储器不运行时,不会被选中,存储器进行读写操作时,在一定电流条件下,降低存储器能耗。

(6)D/A、A/D转换器:在嵌入式单片机系统中,D/A转换器为后向通道,A/D转换器为前向通道,用于控制模拟量,采集现场模拟信号。为了实现嵌入式单片机的低能耗目标,应尽量选择内部包含D/A、A/D转换器的单片机,例如,MSP430系列单片机内部包含A/D转化器,这种单片机的性价比较高。并且D/A、A/D转换器应满足嵌入式单片机系统精度要求,在满足相关性能指标的前提下,优先选择低电源供电、关断单电源的D/A、A/D转换器,降低嵌入式单片机系统能耗。

(7)数据通讯接口:嵌入式单片机系统和上位机之间必须通过数据通讯接口,如,RS一485、RS一232、UARTRS一422等,尽量降低数据通讯接口的供电电压,从而降低整个嵌入式单片机系统能耗,可以采用MAXIM公司开发的RS一232数据通讯接口,将其供电电源从5v下降到1.8v,这种数据通讯接口具有自动关断功能,极大地讲了接口电路电流,能耗较小。

(8)软件设计:嵌入式单片机系统软件系统应尽量采用定时器中断方式,当单片机处于待机状态时,充分利用计数器/定时器,实现计数和计时,并且利用锁存器静态显示功能,有效降低嵌入式单片机系统能耗。

二、嵌入式单片机系统低能耗技术的具体应用示例

在智能暖气表中应用嵌入式单片机系统,选择EM78P458单片机,调节为低频低电压工作方式,其睡眠模式时能耗为lA,3V/32kHz运行状态下能耗为15A,这种单片机不需要外扩ROM电路,内部含有OPT型式ROM,采用LOM101显示器,在省电模式下其能耗低于1A。该系统应用铂电阻进行温度测量,根据电容充放电原理,准确测量铂电阻电阻值,嵌入式单片机系统在智能暖气表中的应用,采用流量传感器进行流量测量,应用单片机中断方式I,内部存储器进行计数,经过准确级计算得到被测流量值,这样不仅简化了嵌入式单片机系统测量线路设计,而且省略了A/D转换器设置,有效降低了系统能耗。

总结

嵌入式单片机系统是一种重要的应用系统,应用范围非常广泛,通过对其各个环节进行低能耗处理,优化和改进嵌入式单片机系统应用,提高嵌入式单片机系统各个模块的利用率,降低其能耗。

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