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1 单片机的低功耗设计技术 1.1 高集成度的完全单片化设计
将很多外围硬件集成到了[url=]CPU芯片[/url]中，增大硬件冗余。内部以低功耗、低电压的原则设计，这给单片机的低功耗设计提供了很强的支持。
1.2 内部电路可选择性工作
通过特殊功能寄存器选择使用不同的功能电路，即依靠软件选择其中不同的硬件;对于不使用的功能使其停止工作，以减少无效功耗。
1.3 宽电源电压范围
先进的[url=]单片机芯片[/url]工艺特别决定了单片机在很宽的电源电压范围内部能正常工作。例如，NEC公司的 78K0和78K0S系列的单片机，可以在 1.8V～5.5V电源电压范围内正常工作。单片机供电电压范围的放宽，可以进一步拓宽单片机的应用领域，尤其是便携式或掌上型仪器或装置，可以放心地使用电池作为电源，而不必关心电过程电压曲线是否平衡、是否会影响单片机正常工作，更不必因电池供电而专门增加稳压电路，从而可减少大约1/3的功率消耗。
1.4 具有高速和低速两套时钟
系统运行频率越高，电源功耗就会相应增大。为更好地降低功耗，内部集成了两套独立的时钟系统，高速的主时钟和32.768kHz的副时钟。也可在满足功能需要的情况下按一定比例降低CPU主时钟频率，以降低电源功耗。在不需要高速运行的情况下，可选用副时钟低速运行，进一步降低功耗。通过软件对特殊功能寄存器赋值可改变CPU的时钟频率，或进行主时钟和副时钟切换。
1.5 在线改变CPU的工作频率
可根据CPU处理任务的不同，在外部振荡器不变的情况下，通过程序改变处理器时钟控制寄存器PCC的值，在线改变CPU的频率。CPU在几种不同频率下工作的电源功耗比较如图1所示。
1.6 后备功能
后备功能是为了进一步降低系统功耗。CPU用主时钟时有HALT(待机)模式和STOP(休眠)模式，用副系统时钟时有副时钟运行模式和HALT模式。如表1所示。
1.7 内部钟表定时器
NCE 单片机内部提供了时钟定时器，每隔0.5s产生一次中断。在系统处于休眠状态时，仍可定时被唤醒。对于单片机只须间歇工作、但又需要实时计时功能的应用场合，提供了非常有效的节能方法。CPU在不工作时可进入STOP模式或HALT模式，进入低功耗的后备功能状态。当时钟中断到来时，CPU回到正常工作状态，进入时钟中断处理程序做时钟更新处理，然后再进入后备功能状态。
2 单片机应用系统中的低功耗设计主要注意的问题
(1)系统中单片机以外的其它电路器件尽可能选用静态功耗低的器件，如选用CMOS电路芯片。
(2)外部设备的选择也要尽可能支持低功耗设计。
(3)设计外部中断唤醒电路，使单片机在等待时可进入休眠模式或待机模式，需要时由外部中断信号唤醒。
(4)设计外部器件的电源控制电路，使外部器件或设备在不工作时关断供电，减少无效功耗。
(5)设计充分利用系统低功耗特点的软件。
3 在线改变CPU的时钟频率以降低功力量的C语言程序举例
CPU在不需要高速运行时，可设置在较低的时钟频率下工作，在运行过程中可根据需要在线改变CPU的时钟频率。下面是一个通过按键产生外部中断信号改变NCE单片机μPD780058的CPU时钟频率的程序，它使CPU在主、副时钟切换运行。通过I/O口P6的位0引脚连接1个LED小灯，每按下一次按键就使CPU的时钟频率改变。在主时钟和副时钟频率下工作时，用同样的软件延时程序控制小灯点亮的时间，以此观察CPU的运行速度。
低功耗单片机的应用使电子产品、控制系统更符合当今时钟的要求，达到便携、低功耗和高可靠性。加之用高级语言(如C语言)对单片机进行开发的工具日臻完善。更为快速高效的开发应用提供了良好的条件和环境。低功耗的节能单片机应用系统将会带来很好的社会效益和经济效益。 |
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