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最小化微控制器的功耗

   日期:2019-11-29     浏览:0    
核心提示:最小化微控制器的功耗
 

最小化微控制器的功耗

就像汽油(汽油/柴油)对于自行车,卡车和汽车(是的,不包括特斯拉!)的行驶很须要异样,对付大大都电子使用,电力也是如斯,关于通常是电池的基于嵌入式琐屑的使用来说,更是如斯。有限的能量)供电,从平庸手机到智能家居设备等等。

电池电量的有限性质象征着需要确保这些设备的功耗率合理,以鞭策其采用和使用。尤其是在基于IoT的装备中,一次充电无需更换电池,设备可以持续长达8 – 10年。

 

这些趋向已在嵌入式细碎设计中实现了低功耗考虑因素,多年来,设计人员,项目师与产商在多个方面也曾开收回几种有用图谋产品功耗的智能方式,以确保它们在产品上的使用寿命更长。单次充电。这些技术得多都解散在微控制器上,这是大多数配备的焦点。在克期的文章中,咱们将讨论此中的一些技术手段,以及如何将它们用于最小化微控制器的功耗。尽管微处理器花消的功率较少,但是可以退休何处所布置在微处置器上,请通过链接了解微处理器与微措置器有何分歧

 

单片机的节电技术

1.就寝内容

休眠模式(通常称为低功耗形式)可以说是减少微管制器功耗的最风靡技艺。它们通常波及禁用某些电路或时钟以驱动微管束器的某些外围设备

遵循架构与出产商的差距,微控制器通常具有差别的就寝形式,每种内容都具有与此外形式比较禁用更多外部电路或外围配备的能力。就寝内容通常从深度睡眠或关闭到闲暇与打ze形式。

 

下面引见了一些可用的形式该当属意,这些模式的特征以及称号笼统因制造商而异。

一世。空地/寝息形式

对付设计人员而言,这通常是最简单的低功耗模式。此模式许可微控制器以尤为快的速度前去到完全运转状态因此,如果设备的电源轮回要求它在微管制器列入寝息内容时耗损少许功率,则装备的电源循环常常需要插足睡眠形式,则这不是最佳形式。从待机内容返回勾当模式通常是基于中断的。通过在主MCU高频时钟保持运行时关闭驱动CPU电路的时钟树在微牵制器上完成此模式多么,CPU能够在激活叫醒触发器后即时恢复操纵。时钟门控已遍布用于微管教器在低功率内容下割断旌旗灯号,而且该模式无效地管束了CPU上的时钟旌旗灯号。

 

ii。待机形式

待机内容是另外一种低功耗模式,设计职员易于完成。它与空闲/睡眠内容颇为近似,因为它还触及在CPU上使用时钟门控,然则一个主要判别是,它准予更改RAM的内容,而空闲/寝息形式通常不是如斯。在待机模式下,诸如DMA(直接内存拜访),串行端口,ADC和AES外设等高速外设保持运转状态,以确保CPU唤醒后当即可用。关于某些MCU,RAM也维持勾当状态,何况可以由DMA访问,从而无需CPU干涉就可存储和领受数据。对于低功耗微管束器,在这类模式下淹灭的功率可以低至50uA / MHZ。

 

iii。深度睡眠形式

深度睡眠内容通常波及禁用微管束器内的高频时钟和其他电路,仅留下用于驱动关键元件(如看门狗定时器,掉电检测和上电复位电路)的时钟电路。其他MCU兴许会添加别的元素以提高整体性能。根据特定的MCU,此内容下的功耗可低至1uA。

 

iv。休止/封闭形式

某些微管制器对此附加内容有差距的更改。在这种内容下,上下振荡器通常都被禁用,仅保存一些配置存放器与其它症结元件。

 

上面提到的一切寝息模式的功能因MCU而异,然而一样平常的教导纪律是:寝息越深,就寝时代禁用的外围装备越多,功耗越低,尽管这通常也象征着:恢复琐屑所消耗的能量越高。因此,设计者应思考这种转变并为任务决意合适的MCU,而不会做出影响系统规格的斗争。

 

2.处置惩罚器频次的动静修改

这是另一种遍及流行的技艺,用于有效减少微管束器斲丧的电量。它是迄今为止最陈旧的技艺,比睡眠形式要复杂一些。它涉及到固件信息驱动处置器时钟的过程,该固件在高频和低频之间瓜代变化,由于处置惩罚器的频率与损耗的电量之间的干系是线性的(以下所示)。

 

这种技能的实现通常遵循这类内容。当细碎处于余暇形状时,固件会将时钟频率设置为低速,从而使设施俭约一些功率;当细碎需要发展少许合计时,时钟速度将恢复。

 

在某些环境下,修改处理器频次会拔苗助长,这一样平常为由于固件拓荒欠安酿成的。当零碎试验大批总计时,将时钟频次保持在较低水准时,会泛起这种状况。在这种环境下,频率较低意味着琐屑将花费比实验设置任务所需的岁月更多的时间,于是将储蓄积累斲丧设计人员试图华侈的电量。于是,在光阴紧急的运用中施行此技术手段时,必需额外自创。

3.中断处置惩罚步伐固件结构

这是微管教器中电源解决的最极端技术之一诸如ARM cortex-M内核之类的微牵制器在SCR存放器中具有介入时睡眠位,这使得微管束器成为概略。该位使微管制器能够在运转中断步调掉队入寝息外形。尽管以这类方式可以强固运转的应用法度模范数目受到制约,但对付现场传感器与另外基于数据的耐久运用步调来讲,这或许曲直短长常有用的武艺。

 

我总体认为,大少数别的技艺但凡上述方法的变体例如,决定性外设时钟技术手段性子上是睡眠形式的一种变体,设计人员在个入决定要打开或封闭的外设。该技术需要对方针微牵制器有深切的体会,而且可以或许对初学者不太友好。

 

4.功耗优化固件

减少微控制器功耗的最好方法之一是编写高效且颠末美化的固件这直接影响CPU每次完成的任务量,何况从根基上影响微牵制器的功耗。编写固件时应勉力确保减少代码大小与周期,由于实行的每条无须要的指令都是浪费在电池中的局部能量。以下是一些用于优化固件开荒的基于C的思空见贯才力;

  1. 尽概略使用“静态常量”类,以防止在运转时复制花消功率的数组,机关等。
  2. 使用指针。对付初学者来讲,它们多是C语言中最抽象的部分,但关于有效地造访构造和结纳,它们是最佳的。
  3. 预防模​​数!
  4. 尽或者在全局变量上使用局部变量。局部变量收罗在CPU中,而全局变量存储在RAM中,CPU可以更快地接见局部变量。
  5. 无符号数据类型是您最好的友好。
  6. 尽或者在轮回中采纳“倒计时”。
  7. 请使用位掩码,而不是无标识表记标帜整数的位字段。

 

减少微控制器功耗的门径不单限于上述基于软件的办法,还存在基于硬件的办法(如外围电压管束武艺),但为了使该帖子的长度保持在合理规模内,我们将节俭他们换了一天。

 

结论

实施低功耗产品始于决定微管制器,当您尝试遍历市场上可用的种种选项时,或许会构成很大的猜疑。发展扫描时,数据表大概会很好地失掉MCU的一样平常性能,但关于功率环节型运用而言,这可以或许是一种非常低贱的方法。为了熟悉微控制器的真正功率赋性,启示职员必需思量电子标准和微牵制器可用的低功率功能设计职员不仅应存眷MCU数据表中发表的每种功耗内容的电流损耗,还应钻研叫醒时日,叫醒源与外围装备 或是在低功耗内容下使用。 

 

需要的是,搜查计划使用的微控制器的功能,以注定用于低功耗完成的选项。微控制器一直是技艺进步的最大得利者之一,当初有几种超低功耗微牵制器可确保您有充分的利润来援助您保持在功率估算之内。他们中的许多人还供给了几种功率赏析软件工具,您可以利用它们进行无效的设计。整体最爱情的是德州仪器(TI)的MSP430系列微管束器

 
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