单片机低功耗技术及应用_李月香

! 单片机应用系统中的低功耗设计要注意的问题
（#） 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 $-)’ 电 路 芯 片 。 （!） 外部设备的选择也要尽可能支持低功耗设计。 （.） 设计外部中断唤醒电路， 使单片机在等待时 可进入休眠模式或待机模式， 需要时由外部中断信号 唤醒。 （/） 设计外部器件的电源控制电路， 使外部器件 或设备在不工作时关断供电， 减少无效功耗。 设计充分利用系统低功耗特点的软件。 （0）
前 放 。 V"" W X #K"" W 温 度 范 围 的 光 功 率 动 态 范 围 高 达 远远超出放大器的动态范围， 采用电子开 #" V Y 量 级 ， 关动态范围扩展技术将测温范围分成若干温度段， 问 题就能解决+同时采用数据拟合等技术来实现高精度 的测量。
光纤传感测温仪是一种非接触式测温方法与光 纤传感技术相结合， 实现高精度、 高重复性、 快速响 应、 非接触式测量和高性价比的新型光纤传感类测温 系统。该类测温仪利用光纤的空间滤波效应， 使入射 光波从空间瞬态变为空间稳态，消除杂散光的影响， 提高测量的精度和稳定性； 将光纤探头和电子处理单 元隔离， 使信号处理单元不受环境高温影响， 提高抗 电磁干扰能力； 响应速度快； 根据热源温度， 选择最 佳工作波段。 有时需要对范围很宽的温度信号进行测量， 但是 实现宽温度范围的测量， 采用一个探测器的光纤传感 测 温 仪 很 难 达 到 要 求 。为 了 解 决 单 一 探 测 器 光 纤 传 感 测温仪范围窄的不足， 设计了利用双光路系统， 采用 两个不同波长范围探测器的光纤传感测温仪， 实现测 量温度范围的扩展，将测温范围的下限和上限延伸。 实现大动态范围要求的光纤传感测温的关键技术之 一是适应大动态范围要求的高信噪比电子数据处理 系 统 的 设 计 。电 子 数 据 处 理 系 统 应 采 用 高 阻 抗 低 噪 声
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.2001.12.004
计算机应用
单片机低功耗技术及应用
山西大学计算机系清华大学访问学者 （ #"""8A ） 李 月 香 清华大学自动化系 （ #"""8A ） 袁 涛 木 合 塔 尔
摘 要： 介绍单片机的低功耗设计技术特点及单片机应用系统中的低功耗设计要注意的几个问 低功耗 设计
表 # -.( 单 片 机 后 备 模 式
时钟源 主系统 时钟 模式 描述 外围时钟工作 ()* 时 钟 关 闭 ， 主时钟停振， 除中断控制器外的其它外围 电路停止工作 副时钟 副时钟 系统 运行 主时钟停振， 钟表定时 ()* 使 用 副 时 钟 ， 器工作， 其它外围电路停止工作 主时钟停振， 钟表定时器 ()* 时 钟 关 闭 ， 工作， 其它外围电路停止工作
" 在 线 改 变 #$% 的 时 钟 频 率 以 降 低 功 耗 的 # 语
言程序举例
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《电子技术应用》!""# 年第 #! 期
计算机应用
基于单片机的宽范围高精度光纤传感测温仪的研制
中 国 科 学 院 西 安 光 学 精 密 机 械 研 究 所 光 纤 传 感 工 程 中 心 2 J#""(K %
副时钟切换标志 7 7 定义主、
I?G>E?<; >?H MNDC
图 # $%& 在 几 种 不 同 频 率 下 工 作 的 电 源 功 耗 比 较
FG=ODE L
7 7 99999999999999 主 函 数 99999999999999 PQ>; FD>? R S T %$$ U %$$-)32- L % 8 V " U %)A(- 8" L %- 8 V " U %)A(- 8" L 61(- " U 61(- " - L %-W # U " L FG=ODE U " L 26 R S L XN>O< R # S T >= R FG=ODE U U " S FG=ODE U # L <OG< FG=ODE U " L %8V"U"L K U "L XN>O< R K Y U #"""" S T KZZL 7 7 软件延时R注意系统时钟为 7 7 主时钟与副时钟延时 7 7 时钟切换标志为 " 时 7 7 标志变为 # 7 7 否则标志变为 " 7 7 点 亮 ,23 灯 7 7 软件延时的计数值赋初值 7 7 $%& 用 主 系 统 时 钟 7 7 %8 口 的 位 " 赋 初 值 7 7 %8 口 的 位 " 为 输 出 7 7 61(% # 下 降 沿 触 发 7 7 清 除 61(% # 中 断 屏 蔽 7 7 选用主副时钟的标志 7 7 开中断
!"% 具 有 高 速 和 低 速 两 套 时 钟
系统运行频率越高， 电源功耗就会相应增大。为 更好地降低功耗，内部集成了两套独立的时钟系统， 高 速 的 主 时 钟 和 <! : 7=8 >$? 的 副 时 钟 。 也 可 在 满 足 功 能 需 要 的 情 况 下 按 一 定 比 例 降 低 ()* 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 ()* 的 时 钟 频 率 ， 或 进 行 主时钟和副时钟切换。
7 7 99999 单 片 机 内 部 功 能 使 用 的 定 义 99999 :BCDEFD :BCDEFD :BCDEFD :BCDEFD :BCDEFD G=C *+,( 36
>?H<CCIBH 61(% # >?H<C AJ # 7 7 使 用 中 断 功 能
26 7 7 使用开中断功能 7 7 9999999999999 变 量 定 义 9999999999999 KL 7 7 定义软件延时计数变量
摘
者明礼 王俊强
要： 一种基于单片机的大动态范围、 高精度的光纤温度传感器的设计研制， 用双光路、 可编
程 增 益 放 大 系 统 来 实 现 大 动 态 范 围 的 温 度 测 量 ， 并 利 用 #! 位 0.C 将 被 测 温 度 信 号 由 模 拟 量 转 换 为 数字量， 利用单片机系统达到高精度的要求， 整个系统有非线性校正、 多点温度补偿、 多种测量方式 可选、 且 系 统 可 与 计 算 机 通 过 [F U !I! 接 口 通 讯 ， 将采样数据传输到上 ,C. 显 示 和 键 盘 输 入 等 功 能 ， 位机处理。 关键词： 光纤传感 温度 单片机
#7
计算机应用
可设置在较低的时钟 $%& 在 不 需 要 高 速 运 行 时 ， 频率下工作， 在 运 行 过 程 中 可 根 据 需 要 在 线 改 变 $%& 的 时 钟 频 率 。下 面 是 一 个 通 过 按 键 产 生 外 部 中 断 信 号 改 变 12$ 单 片 机 ! %3 45""05 的 $%& 时 钟 频 率 的 程 副时钟间切换运行。通过 6 7 ) 口 序， 它 使 $%& 在 主 、 % 8 的 位 " 引 脚 连 接 # 个 ,23 小 灯 ， 每 按 下 一 次 按 键 就 使 $%& 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 $%& 的 运 行 速 度 。
! 单片机的低功耗设计技术
!"! 高 集 成 度 的 完 全 单 片 化 设 计 将 很 多 外 围 硬 件 集 成 到 了 ()* 芯 片 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。
! " & 在 线 改 变 ’() 的 工 作 频 率 在外部振荡器不变 可 根 据 ()* 处 理 任 务 的 不 同 ， 的情况下， 通 过 程 序 改 变 处 理 器 时 钟 控 制 寄 存 器 )(( 的值， 在 线 改 变 ()* 的 频 率 。 ()* 在 几 种 不 同 频 率 下 工作的电源功耗比较如图 # 所示。 !"* 后 备 功 能 后 备 功 能 是 为 了 进 一 步 降 低 系 统 功 耗 。 ()* 用 主 时 （待机） 模 式 和 +’,) （休眠） 模式， 用副系统 钟 时 有 $%&’ 时 钟 时 有 副 时 钟 运 行 模 式 和 $%&’ 模 式 。 如 表 # 所 示 。
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 。 $%& 在 不 工 作 时 可 进 入 ’()% 模 式 或 *+,( 模 式 ， 进 入 低 功耗的后备功能状态。当时钟中断到来时， $%& 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。
程序清单：
7 7 99999999999999 宏 定 义 99999999999999 :;<=>?< :;<=>?< :;<=>?< :;<=>?< :;<=>?< %$$-)32%$$-)32’ %)A( 8" %)A(- 8" " 61(- " " @ "" " @ "" " @= " # 7 7 $%& 时 钟 控 制 寄 存 器 %$$ 7 7 定义为选主系统时钟 7 7 $%& 时钟控制寄存器 %$$ 7 7 定义为选副系统时钟 7 7 %8 口 位 " 赋 初 值 7 7 %8 口 位 " 设 为 输 出 7 7 定 义 外 部 中 断 61(%# 的 7 7 中断触发沿为下降沿 7 7 使用特殊功能寄存器 7 7 使 用 *+,( 功 能 7 7 使用关中断功能