現(xiàn)在，有許多單片機應用領域，都是用電池供電,，節(jié)能成為設計工程師普遍關心的問題。希望大家就這方面展開討論,。以下提供一些討論的方向：

　　1,、如何降低系統(tǒng)功耗？（軟件,？硬件,？）

　　2、各位在這方面有何經(jīng)驗教訓,？（可以拿出來與大家分享）

　　3,、各種芯片的功耗比較？

　　4,、SLEEP模式應用的注意事項,？

　　5、一些新型的節(jié)能器件的介紹？

　　6,、其它與低功耗設計相關的話題,？

　　進入掉電模式

　　現(xiàn)在有很多的低功耗的片子，特別是在進入掉電模式之后,，只有1uA的電流,。也可以使用電源管理的方法，在不工作的時候,，把系統(tǒng)電源關斷,，這樣更省電我用了很久51芯片，本來對它的功耗非常不滿,，但是因為其價格越來越便宜,，本身的性價比依舊很好，所以總也甩不掉,。

　　1,、休眠。一般的系統(tǒng)都不會到了忙不過來的地步,，適當?shù)男菝哌€是可以節(jié)省一些功耗的,，在一些簡單的系統(tǒng)，多抽時間休眠成了省電的關鍵,，你看別的芯片都不耗電,，只有單片機了，它就是關鍵了,，在有些時候,，提高主頻反而會獲取更多的休眠時間，反而使系統(tǒng)功耗更小了,。但是值得注意的是,，經(jīng)常性的切換休眠和工作狀態(tài)會讓電源產(chǎn)生mV級的波動，特別對于很多線性穩(wěn)壓器只有100mA以內的輸出能力的情況更明顯,，這樣的波動或許會影響系統(tǒng)內的AD和一些其他模擬電路,，值得注意。

　　2,、掉電,。如果進入了掉電模式，很多51芯片是無法通過中斷重新開始工作的,，可以外加一個微功耗的單片機來提供復位,，這個單片機只負責鍵盤掃描和復位51單片機，以及發(fā)送鍵盤編碼到51芯片,。我以前見過一個手持設備,，耗電很小,，但是包括了大容量存儲、顯示,、輸入,、數(shù)據(jù)輸出、檢索等功能,，平時89C51總是處于掉電狀態(tài),，但是有了鍵盤操作后，就復位開始運行,，處理完鍵盤送來的任務之后又自動掉電了,。

　　3、復雜運算,。復雜運算（譬如指數(shù)運算,、浮點乘除）一定會占據(jù)更多系統(tǒng)時序，響應減少休眠時間,，可以通過查表方式,，這樣用大容量的表格代替了現(xiàn)場計算，更多的時間不就可以睡覺了嗎,？

　　4,、如果軟件任務少到一定程度，那么可以考慮把晶體搞到32k去運行,，其實這樣更省電,，但是這意味著51軟件基本沒什么高速的事情做，也不需要串行通信,，否則，還是老老實實面對現(xiàn)實吧,。

　　我覺得,，51芯片用于電池供電的系統(tǒng)不是很合適，但是從開發(fā)周期看,，它的開發(fā)環(huán)境很好,，畢竟可以承載8位機的相對大型的應用，有時候又不得不用它,。我覺得距離51最靠近的AVR單片機更適合將來的應用,，因為其性能價格比相對其他單片機還是不錯的，除非51芯片可以將來做到在3MIP下,，工作電流小于2mA,，休眠電流小于500uA，掉電電流小于10uA,。在很多的設計中,，采用線性降壓的方法,，電源損耗大，如提高供電電壓,，并用高效率的DC－DC電源,，可延長電源使用的時間89C8252掉電工作，看門狗做“系統(tǒng)運行時鐘”同時把看門狗復位“軟件模擬成看門狗中斷”“狗”叫一次跳起來看看,，“RAM值班室登個記”,，同時還登記下當前PC+1的值，然后“睡死”過去,！

　　平均功耗不大于5V/0,。3MA，而且有很強的抗干擾性,！

　　軟件優(yōu)化很重要,！

　　如64MS一次“狗”叫！起來做40條指令,，24MHZ下最多：40*0.5=20US

　　于是占空比：20/64000=1/3200 即平均電流下降3200倍?。?！

　　外設會受復位改變嗎,？當然！但鎖存器干什么??？！

　　如何知道程序能運行多久,？下一條運行指令運行到那,？

　　如果任何時刻，你自己編的程序運行在那個片區(qū),，你都不知道,，那還叫什么搞軟硬件的要天人合一啊,？,！

　　系統(tǒng)任務不忙的情況下，你的看門狗定時復位方法還可以,，但是,。。,。好多情況下似乎做不到呀,。我的51系統(tǒng)只有200微安省電是個大難題，特別是51,，但只有用心還是可以做到的,，特別是工作任務少的時候,。我的一個水文遙測系統(tǒng)，用12伏電池供電耗電只有200微安,，有8Mbit data flash,，一個調制解調器，一個時鐘,，一個485通信口,，一個232通信口，還有6個數(shù)碼管,，是不是夠多的了,，但它們平時都不工作，我也是用看門狗復位來喚醒51單片機的,，每1.6秒一次,，用的是x25045，可是25045的復位時間有200毫秒之多,，實驗發(fā)現(xiàn),，51從掉電返回到正常工作只要有30個毫秒足了，別小看節(jié)省的這一百多毫秒,，因為51在每次醒來是只要發(fā)現(xiàn)沒有任務就可以馬上POWERDOWN了,，所以加了一個CMOS的單穩(wěn)來復位。其它的就是口線的狀態(tài)一定要注意,，不要讓它吸收電流也不要輸出電流,，要是做不到可以試著加一此電路，如反相器．

　　穩(wěn)壓電源是個要權衡的事,，雖然開關穩(wěn)壓有較高的效率,，但在低功耗設計不一定對，開關電源本身消耗的電流就是一個大問題,，一個微安級的系統(tǒng)也許要特別對待,，我用的是max667線性穩(wěn)壓數(shù)微安靜態(tài)電流．我想開關電源做不到對于外部事務頻繁的應用，無法使用掉電方式雖然很多51芯片支持外中斷觸發(fā)芯片脫離POWER DOWN狀態(tài)（如華邦的W78E58,、W77E58），但還是解決不了串行通信的問題,，而且對于需要內部精確定時的場合,，從POWER DOWN到正常工作需要很長時間，這個恐怕還是難于讓人接受,。莫非沒有一個廠家可以產(chǎn)出高速小功耗的51芯片,？沒到理呀，PHILIPS不是玩了很久嗎,？怎么弄出的芯片在12MHz下還是大于10mA,，休眠也有幾個mA,，這也吹牛沒下功夫嘛！

　　用51做低功耗,，太累了低功耗多得是,，象PIC、EMC輕松做到20uA以下,，51有POWER DOWN,，但只能復位喚醒，有少數(shù)可用INT喚醒,，太麻煩,。有些有雙晶體的單片機，做低功耗最簡單,，平時用32768工作也只有20uA,，這種單片機一般帶有LCD。EMC內有PLL單片機做功耗系統(tǒng)很方便,，象78565,，567，功能強價格低samgsung的單片機可以做到565匠人也用過,。平時進IDLE模式,，功耗只有幾個UA分級供電和外部喚醒確是一種可行的辦法 在分級供電中要注意的是如果電源是小電流的穩(wěn)壓器件最好有一個比較大的蓄電電路，要不然單片機喚醒和上電時可能會起動不了,，而且可能會進入一個不希望的振蕩期,，比如單片機要起振，電流增大,，這時電源供不起,，電壓就下降，引起的是單片機又停振電壓又回升,！所以一個合理的電源管理電路就顯得很關鍵,，這方面的專業(yè)IC將是未來一個很有前途的產(chǎn)業(yè)！這個IC應有一個內部低速的定時器和一個專門的蓄電管理電路,，當電路進入低功耗后應該將蓄電電路沖滿以備喚醒和大功耗時用,，這種電路主要用于小電流供電的環(huán)境，它可以為小電流供電環(huán)境提供一個短時間的大電流工作,。 另外單片機的耗電除了核本身的耗電外,，大多是IO口的耗電，大家可以通過降低主頻,，將IO口置在比較合適的狀態(tài)來達到一個比較省心又省力的方式,。而且不全理的頻繁喚醒有時會帶來更多的電耗！

　　用TI的單片機MSP430系列非常省電,。正常工作時幾百微安,，掉電時約1微安87LPC76X低功耗51,，32k時20uA使用雙振的單片機，在系統(tǒng)不忙的時候使用32768的晶振,，同時進入SLEEP這樣處理通常耗電都在幾個uA.在處理SLEEP喚醒后的程序需要小心處理,，特別是臺灣的單片機，有時廠家給出的資料都要小心,，我碰到過,。我不知道您是用的哪家的51單片機，功耗能做到這么低,。據(jù)我所知ATMEL89C52 Powerdown mode下最少是40微安,。您的系統(tǒng)中有這么多的器件，即使都是低功耗可關斷的器件,，那你的系統(tǒng)每次工作時都要啟動所有的器件才能運轉起來,，這個啟動過程是多長呢？還有您的單片機不會工作在12V的,，你還需要一個電壓變換器,，它平時不用電的嗎？你的CMOS單穩(wěn)不用電的嗎,？據(jù)我所知常用的485,，232，modem,，flash都不是低功耗可關斷的,，如果您都使用的是特殊器件，那實用的意義何在呢,？或者您使用了其他器件來控制這些耗電多的設備,，那您一定是硬件高手了?？煞裰更c一二,？

　　高速51： C8051FXXX在1M指令流下，VDD僅僅1.5mA用IO口控制RC振蕩頻率,？

　　用RC振蕩方式,，并將IOSI口接一個電阻到IO口上。通過切換IO口的電平來切換頻率,，方法如下：

　　功耗,，在電池供電的儀器儀表中是一個重要的考慮因素。PIC16C××系列單片機本身的功耗較低（在5V,，4MHz振蕩頻率時工作電流小于2mA）。為進一步降低功耗,，在保證滿足工作要求的前提下,，可采用降低工作頻率的方法,，工作頻率的下降可大大降低功耗（如PIC16C××在3V，32kHz下工作,，其電流可減小到15μA）,，但較低的工作頻率可能導致部分子程序（如數(shù)學計算）需占用較多的時間。在這種情況下,，當單片機的振蕩方式采用RC電路形式時,，可以采用中途提高工作頻率的辦法來解決。體做法是在閑置的一個I/O腳（如RB1）和OSC1管腳之間跨接一電阻（R1）,，如圖1所示,。低速狀態(tài)置RB1=0。需進行快速運算時先置RB1=1,，由于充電時,，電容電壓上升得快，工作頻率增高,，運算時間減少,，運算結束又置RB1=0，進入低速,、低功耗狀態(tài),。工作頻率的變化量依R1的阻值而定（注意R1不能選得太小，以防振蕩電路不起振,，一般選取大于5kΩ）,。

　　改用C8051Fxxx，20MHz 僅僅10mA,，若降到1MHz,，可以做到1~2mA;

　　或是干脆采用MSP430，一般<1mA,，稍稍采取措施,，馬上可以接近零功耗！

　　大家不要以為更換CPU是很難的事情,，我們僅僅用2周就更換成功CPU先天不足,，51低功耗沒前途的msp430，m16等有很多低功耗單片機,，功能強,，又是精簡指令，全天uA級工作成本也是關鍵,，不一定非要低功耗器件,。我覺得要很好的利用單片機的中斷和休眠功能，單片機盡可能的處于休眠等待狀態(tài)，同時注意空閑IO口的狀態(tài),，輸出的最好置低,，輸入的要視外圍電路而定，不用的腳要處理好,，不是簡單不接就可以的

　　另外,，外圍電路可以做分區(qū)域的電源開關，不用時,，關閉電源,，并將與其相連的單片機的IO口置低，減少信號線饋電,。不知說的對不對,。

　　剛開始做電池產(chǎn)品時，只有8031 ,，考慮用PSEN什么的控制外部RAM,，休眠方式，但是還是在十毫安級,。 現(xiàn)在好了,，有許多型號單片機本身就是低功耗，為了減少體積,，還要追求更低,。

　　1.系統(tǒng)設計，好的系統(tǒng)設計是降低功耗的關鍵,。 減少外圍器件,，降低晶體頻率?？梢圆捎脦cd,，ad，實時時鐘功能的單片機,，即降低成本,，又減少了故障率，可謂一舉兩得.HOLTEL,，PHILIPS,，PIC 都有此類單片機。 低的主頻也可以降低功耗,，如ZILOG的單片機可以程序控制對主頻的分頻,，在不忙時把頻率降低，需要時在提高,。 HOLTEK的可以采用雙頻率工作,，高主頻可以關閉,，32768可以提供內部精確計時，還可以激活休眠的單片機工作,。

　　2.降低系統(tǒng)電壓,，可以降低功耗。

　　3.合理處理不用的IO口,，最好設為輸入態(tài)。對外圍電路也要考慮,，如光耦,，盡量使其導通態(tài)<斷開態(tài)。驅動三極管的狀態(tài),。還有就是上拉,，下拉電阻值，太小也會造成漏電,。

　　Mega8的一個特點是帶有內部的RC振蕩器,，別小看他，他與晶振的不同之處在于他的起振時間很短,，只要幾uS,，而晶振一般要幾十mS，所以低功耗設計時一定要用,，430的宣傳不是也講起動時間6uS嗎,，那一樣是指的RC振蕩開始工作的時間。我得設計靜態(tài)電流50uA,，實際只是LCD模塊的電流,，單片機平時處在掉電的狀態(tài)。每隔1S倍液晶模塊喚醒一次,，作一次顯示的刷新工作,，耗時約4mS，正常工作時如果有脈沖來的話,，就作一些運算,，脈沖頻率50Hz，每次運算不過200uS,，這樣下來,，正極的功耗大大降低，加上一些外圍電路,，平均在100uA以下,。

　　低功耗設計

　　現(xiàn)象一：我們這系統(tǒng)是220V供電，就不用在乎功耗問題了

　　點評：低功耗設計并不僅僅是為了省電,，更多的好處在于降低了電源模塊及散熱系統(tǒng)的成本,、由于電流的減小也減少了電磁輻射和熱噪聲的干擾。隨著設備溫度的降低，器件壽命則相應延長（半導體器件的工作溫度每提高10度,，壽命則縮短一半）

　　現(xiàn)象二：這些總線信號都用電阻拉一下,，感覺放心些

　　點評：信號需要上下拉的原因很多，但也不是個個都要拉,。上下拉電阻拉一個單純的輸入信號,，電流也就幾十微安以下，但拉一個被驅動了的信號,，其電流將達毫安級,，現(xiàn)在的系統(tǒng)常常是地址數(shù)據(jù)各32位，可能還有244/245隔離后的總線及其它信號,，都上拉的話,，幾瓦的功耗就耗在這些電阻上了（不要用8毛錢一度電的觀念來對待這幾瓦的功耗）。

　　現(xiàn)象三：CPU和FPGA的這些不用的I/O口怎么處理呢,？先讓它空著吧,，以后再說

　　點評：不用的I/O口如果懸空的話，受外界的一點點干擾就可能成為反復振蕩的輸入信號了,，而MOS器件的功耗基本取決于門電路的翻轉次數(shù),。如果把它上拉的話，每個引腳也會有微安級的電流,，所以最好的辦法是設成輸出（當然外面不能接其它有驅動的信號）

　　現(xiàn)象四：這款FPGA還剩這么多門用不完,，可盡情發(fā)揮吧

　　點評：FGPA的功耗與被使用的觸發(fā)器數(shù)量及其翻轉次數(shù)成正比，所以同一型號的FPGA在不同電路不同時刻的功耗可能相差100倍,。盡量減少高速翻轉的觸發(fā)器數(shù)量是降低FPGA功耗的根本方法,。

　　現(xiàn)象五：這些小芯片的功耗都很低，不用考慮

　　點評：對于內部不太復雜的芯片功耗是很難確定的,，它主要由引腳上的電流確定,，一個ABT16244，沒有負載的話耗電大概不到1毫安,，但它的指標是每個腳可驅動60毫安的負載（如匹配幾十歐姆的電阻）,，即滿負荷的功耗最大可達60*16=960mA，當然只是電源電流這么大,，熱量都落到負載身上了,。

　　現(xiàn)象六：存儲器有這么多控制信號，我這塊板子只需要用OE和WE信號就可以了,，片選就接地吧,，這樣讀操作時數(shù)據(jù)出來得快多了。

　　點評：大部分存儲器的功耗在片選有效時（不論OE和WE如何）將比片選無效時大100倍以上,，所以應盡可能使用CS來控制芯片,，并且在滿足其它要求的情況下盡可能縮短片選脈沖的寬度,。

　　現(xiàn)象七：這些信號怎么都有過沖啊,？只要匹配得好,，就可消除了

　　點評：除了少數(shù)特定信號外（如100BASE-T、CML）,，都是有過沖的,，只要不是很大，并不一定都需要匹配,，即使匹配也并非要匹配得最好,。象TTL的輸出阻抗不到50歐姆，有的甚至20歐姆,，如果也用這么大的匹配電阻的話，那電流就非常大了,，功耗是無法接受的,，另外信號幅度也將小得不能用，再說一般信號在輸出高電平和輸出低電平時的輸出阻抗并不相同,，也沒辦法做到完全匹配,。所以對TTL、LVDS,、422等信號的匹配只要做到過沖可以接受即可,。

　　現(xiàn)象八：降低功耗都是硬件人員的事，與軟件沒關系

　　點評：硬件只是搭個舞臺,，唱戲的卻是軟件,，總線上幾乎每一個芯片的訪問、每一個信號的翻轉差不多都由軟件控制的,，如果軟件能減少外存的訪問次數(shù)（多使用寄存器變量,、多使用內部CACHE等）、及時響應中斷（中斷往往是低電平有效并帶有上拉電阻）及其它爭對具體單板的特定措施都將對降低功耗作出很大的貢獻,。