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1 基于IA4421的控制器模块低功耗设计

1．1 便携式模块节点硬件低功耗设计

(1)处理器选择

ATmega324p为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案：

①TQFP(薄塑封四角扁平封装)，体积小，集成度高；

②6个可通过软件进行选择的省电模式；

③最高达到20MIPs的吞吐率(在20 MHz下)。

(2)接口电路低功耗设计

接口电路的低功耗设计，往往是容易被忽略的一个环节。在这个环节里，首先要选择低功耗的外围芯片，然后根本的方法是使接口电路的常态处于低功耗状态。另外，还要考虑以下两个因素：

①上拉电阻／下拉电阻的选取。在能够正常驱动后级的情况下，尽可能选取更大的阻值。另外，当信号在多数情况下为低时，也可以考虑用下拉电阻，以降低功耗。

②对悬空脚的处理。CMOS悬空的输入端的输入阻抗极高，很可能感应一些电荷导致器件被高压击穿，而且还会使输入端信号电平随机变化，导致CPU在休眠时不断地被唤醒，从而无法进入休眠状态，或导致其他莫名其妙的故障。所以正确的方法是，将未使用到的输入端连接到电源VCC或地。

(3)通信芯片选型

IA4421是Integration Associates公司推出的射频收发一体芯片，工作在433／868／915 MHz频段。芯片的工作电压为2．2～5．4 V，采用低功耗模式，待机电流为0．3μA，采用FSK调制模式，发射功率为5～8 dBm，接收灵敏度为-109dBm。

IA4421具有高数据传输速率，数字信号的传输速率可达115．2 kbps，模拟信号的传输速率可达256 kbps。

1．2 便携式控制器低功耗软件设计

(1)各种功耗模式转换

便携式控制器在硬件上由ATmega324p、IA4421和三星公司的LCD以及外围电路组成。把便携式控制器作为一个整体，定义了4种不同的工作模式，如表1所列。不同的工作模式，由便携式控制器上相关功能芯片的工作模式组合而定。






①ATmega 324p选择Power-save模式的理由：在Pow-er-save睡眠模式下，除了Power-down模式下的所有功能外，Timer／Counter2可以正常工作，所以在Power_save睡眠模式下，系统的实时时钟系统可以正常运行，这也给系统功耗测试中的定时无线收发提供了条件。

②基于功耗模式转换的无线收发工作过程：当便携式控制器没有接收和发送任务时，进入睡眠模式，即LCD关闭，ATmega324p处于Power-save模式，IA4421处于SLEEP模式。在实际应用中，便携式控制器处于睡眠模式的时间应该最长。

如果用户有传输数据的要求，便携式控制器可以通过按键、异步定时器2(实时时钟)以及接收到主机的信号后产生的外部中断信号(INT2)唤醒控制器，进行发送和接收的相关操作。任务完成后，再次进入睡眠模式。

(2)低功耗键盘软件设计

ATmega 324p的PortA、PortB、PortC、PortD共有32个I／O口，每个I／O口都是一个外部中断源。当端口上检测到有电平跳变时，就可以产生一个外部中断(PCINT)。这个功能使得控制器的外部中断口数量不再受到限制。3×3键盘的6个接口分别接在普通的I／O口上就能实现中断按键。中断按键在本系统中有如下优点：

①中断按键程序不需要控制器一直处于扫描运行状态，比用Polling方式下的键盘扫描程序大大地降低了功耗。

②中断按键程序能够通过按键产生中断来唤醒控制器，在不影响系统功能的前提下，方便系统进行各种模式之间的转换。详细的键盘系统软件设计流程如图1所示。