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系统详解Silabs MCU低功耗优势及经典案例

来源:    作者:    发布时间:2016-11-16 10:20:20    浏览量:

B)选择适合低功耗的单时钟方案

  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。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。

  C)选择适合低功耗的双时钟方案

  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。

  使用每MIPS功耗来衡量MCU的低功耗性能是相对比较准确

  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。

  从上面的例子我们可以得出结论:电流大但速度快的MCU可能更省电。

  应用软件设计

  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。

  用“中断”代替“查询”

  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。

  用“宏”代替“子程序”

  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。

  尽量减少CPU的运算量

  减少CPU的运算工作量,可以有效地降低CPU的功耗。减少CPU运算的工作可以从很多方面入手:

  A)用查表的方法替代实时的计算;

  B)不可避免的实时计算,算到精度够了就结束,避免“过度”的计算;

  C)尽量使用短的数据类型,例如,尽量使用字符型的8位数据替代16位的整型数据,尽量使用分数运算而避免浮点数运算等。

  让I/O模块间歇运行

  A)不用的I/O模块要关掉,间歇使用的I/O模块要及时关掉,以节省电能。

  B)不用的I/O引脚要设置成输出或设置成输入,用上拉电阻拉高。

  总之,在单片机系统设计过程中,深入理解单片机低功耗的特性,并在硬件和应用软件的设计过程中充分利用单片机的低功耗特性,来设计出符合低功耗要求的产品。

  SilabsMCU在低功耗方面的优势

   Silabs的C8051F系列单片机是从传统的8051单片机衍生出来的一种新型高速单片机。它属于CISC指令系统,但由于采用“流水线”结构方式 处理指令,70%的指令的执行时间为1个或2个系统时钟,指令执行的峰值速度为MIPS级别。虽然它的运行速度很高,但是在低功耗设计方面具有独特的优 势。这主要体现在:

供电电压范围宽

  SilabsMCU的供电电压范围为2~5.25V。

  宽的供电电压范围不仅为单片机系统设计带来方便,而且低的供电电压可以有效地降低整个单片机系统的功耗。

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