最近幾年由于人們對環(huán)保的重視，市場上開始關(guān)注節(jié)能低碳的電子產(chǎn)品,，對家電" title="家電">家電等電子產(chǎn)品的低功耗" title="低功耗">低功耗性能也提高了要求,，低功耗MCU" title="MCU">MCU在家庭的各種電器產(chǎn)品上將占據(jù)重要地位。
在智能家電產(chǎn)品通電后，MCU就開始啟動,，由于MCU所消耗的電流只占整個家電產(chǎn)品消耗功率的很小一部分,，所以通常對其工作電流大小不作要求，只要產(chǎn)品可以正常工作即可,。一直到最近幾年,，由于人們?nèi)找嬷匾暛h(huán)保，市場上開始關(guān)注節(jié)能低碳的電子產(chǎn)品,，對家電及電子產(chǎn)品的低耗能也提高了要求,，因此低功耗MCU在家庭的各種電器產(chǎn)品上開始占據(jù)重要地位。
低功耗MCU的需求原因
在電子產(chǎn)品上需要低功耗MCU的原因大部分出自環(huán)保的考慮：一方面,，地球溫室效應(yīng)造成的問題需要大家通過節(jié)約能源來解決；另一方面,，大量的電池若沒有按正常渠道回收可能會造成土地和水資源污染,。具體來說，低功耗MCU的需求可以歸納為以下幾種情況,。
1. 一般家電電源來自電源插頭,，當插頭插在插座上，即使家電沒有啟用也會消耗一些功率,，通常來說這些消耗的功率越少越好,。
2. 家電若具有時鐘功能，則當插頭離開插座后,，時鐘所需的電源需靠內(nèi)部電池提供,，因此電池必須能夠維持較長時間。
3. 具有遙控功能的電器需維持較低的待機電流,。
4. 使用電池供電的電器用品其電池使用壽命要越長越好,。
5. 使用太陽能電池來代替使用一般電池的電子產(chǎn)品。
通過以上五點可詳細地說明低功耗MCU在家電上的應(yīng)用,。就第一點來說,，目前許多家電插頭一直插在插座上，這樣即使沒有使用也會消耗部分電流,，所以環(huán)保人士才會極力倡導(dǎo)電器在沒有使用的時候把插頭拔掉,。但是人們難免有時候會忘記拔掉插頭，此時便可以使用低功耗MCU來降低待機電流,。
為了讓待機電流降低,，MCU需將系統(tǒng)頻率切換為低速模式，如圖1,，當系統(tǒng)頻率切換為fL時,，MCU內(nèi)部會將高速振蕩器電路關(guān)掉，以節(jié)省其耗電電流。除此之外,，整個MCU執(zhí)行指令的耗電電流因系統(tǒng)頻率切換為fL的緣故也會大幅降低,，兩者的耗電比例最大可以相差100倍（2毫安與20微安的差異）（注：圖中高頻系統(tǒng)振蕩器有3種選擇，低頻系統(tǒng)振蕩器有2種選擇,，一般高頻的系統(tǒng)振蕩器約在0.4MHz以上,，低頻系統(tǒng)振蕩器約32kHz）。
圖1 為了讓待機電流降低,，MCU需將系統(tǒng)頻率切換為低速模式
另一個大幅降低待機電流的方式是MCU進入IDLE模式,。在此模式下，MCU已經(jīng)不執(zhí)行程序,，僅啟動部分計時功能,，MCU每隔一段時間會因定時器溢位而被喚醒。在IDLE模式里,，中斷及喚醒功能仍然有效,，當然也可通過外部按鍵的方式喚醒MCU，使其離開省電模式重新回到一般工作模式,。
就第二點來說,，一般家庭的各種電器用品都可能具有時鐘功能，尤其是廚房內(nèi)的家電,，例如電子鍋,、電飯鍋、微波爐,、烤箱,、烘碗機、豆?jié){機,、果菜機等等,。以電子鍋為例，平常插頭插在插座上時,，MCU的電源來自電力公司的交流電,，并對電子鍋內(nèi)部時鐘的充電電池充電；當插頭拔掉時,，電子鍋還要繼續(xù)計時,，此時就靠電池提供電源給MCU內(nèi)部的計時電路。如果在下次插頭重新插入之前電池耗盡,，時鐘就會不準且無法繼續(xù)計時,，而且充電電池也可能因為過度放電而很快損耗掉。
為了提供一個省電的時鐘功能,，MCU必須具有一個省電的32,768Hz晶體振蕩器電路（LXT）,，且在MCU進入IDLE模式時,，該振蕩器電路還能繼續(xù)工作，時鐘也可以繼續(xù)計時,，LCD可以繼續(xù)運行,，以顯示目前的時間，這些功能加起來的耗電流必須要足夠低才可以讓電池供電,，并維持更久的時間。圖2顯示了選用LXT作為計時來源時,，最長可以每秒產(chǎn)生1次計時中斷,。
圖2 選用LXT作為計時來源時，最長可以每秒產(chǎn)生1次計時中斷
至于第三點,，許多家電,、音響,、電視都會有遙控器接收電路,，以方便使用該電器的各種選項及設(shè)定功能。當這些電器關(guān)閉時,，并不是完全關(guān)閉電源,，遙控器的接收電路還在繼續(xù)工作，除非把插頭拔掉,，否則待機電流一直存在，這也會造成能源的浪費,。若是能把此時的耗電降至最低，對節(jié)能省電也有不小的幫助,，接收遙控器電路的MCU如果本身使用低功耗MCU就是降低此時待機電流的好方法,。
為了能夠隨時偵測到遙控器發(fā)射的紅外線載波信號,，紅外線的接收電路必須永遠保持工作狀態(tài),，為此基本的耗電是免不了的,，節(jié)能的可行方法是將MCU的系統(tǒng)頻率降低,，讓MCU運行在可以接受紅外線遙控器信號的最低工作頻率,，從而節(jié)省其工作時的耗電,。
在圖1的例子中,，MCU的系統(tǒng)頻率可以在fH、fH/2,、fH/4,、fH/8,、fH/16、fH/32,、fH/64,、fL等8種頻率中進行選擇,，所以MCU可以根據(jù)本身的工作內(nèi)容需求,，選擇適合當時工作的系統(tǒng)頻率，從而完成良好的電源管理,。
圖3 HT66FX0系統(tǒng)頻率與工作電流的關(guān)系：統(tǒng)頻率降低,，工作電流也會跟著降低
圖3說明了在同樣電壓下,，系統(tǒng)頻率降低,，工作電流也會跟著降低。在電壓5V,、系統(tǒng)頻率12MHz時,，MCU的工作電流約3mA；但是當系統(tǒng)頻率選擇fH/2,，也就是6MHz時,，工作電流降至2.2mA,，約減少27%,；當系統(tǒng)頻率選擇fH/4,，也就是3MHz時,，工作電流約降至1.5mA，比工作在12MHz時約減少50%,。
家用電器的省電設(shè)計構(gòu)思
第四點意味著對使用電池的產(chǎn)品而言,，在符合成本的原則下，應(yīng)選擇消耗功率最小的MCU,，因為電池廢棄物的處理對環(huán)境影響很大,，且電池內(nèi)部的重金屬會污染水資源及土地,。比如家庭中廚房秤,、遙控器以及某些具有時鐘功能的小家電都會使用到電池,，若是使用低功耗MCU，則可以減少電池用量,，從而減少環(huán)境污染,。減少電池用量可以從降低MCU的工作電流做起，同樣功能的MCU,，若是選擇消耗電流減少一半的,，則電池使用壽命將增加一倍，這樣不僅減少購買電池的費用,，也減少了電池的使用量,。
第五點中提到使用太陽能電池，這可更進一部減少電池的用量,，對環(huán)境保護將發(fā)揮最大的效果,。我們常看到一些電子計算器使用太陽能來供電,，如果低功耗MCU工作的電流及電壓都大幅降低,，則也有機會使用太陽能電池。在功耗需求較低的產(chǎn)品上,，如溫度計,、濕度計、體溫計,、電子表,、LCD顯示電子鐘等，使用小瓦數(shù)的太陽能電池就足夠應(yīng)付MCU所消耗的電流,。太陽能是最環(huán)保的能源,，只要有太陽,，產(chǎn)品就可以工作,，不需擔心電池耗盡問題，也不需更換電池,，因而也不會造成環(huán)境污染,。
對第四點及第五點來說，使用可以工作在1.5V的MCU是最佳的解決方法,，因為1.5V MCU除了可以使用1顆電池供電外,，其本身所消耗的電流也可以降至最低,。但因為1.5V MCU技術(shù)難度較高，市面上并不多見,。盛群半導(dǎo)體提供的HT46R01M,、HT46R02M、HT48R01M,、HT48R02M MCU就是工作電壓為1.5V的MCU,。
結(jié)語
低功耗MCU在家電產(chǎn)品上的應(yīng)用將會越來越廣，同時因為技術(shù)的進步,，低功耗MCU將會有越來越多的產(chǎn)品出現(xiàn),，幾乎每一家MCU大廠都提供低功耗MCU讓客戶選擇，例如盛群半導(dǎo)體的Tiny Power MCU系列,，不管是一次刻錄的還是多次刻錄的都可提供,，選擇適合產(chǎn)品使用的低功耗MCU也非常重要。