關(guān)建詞 C8051F單片機(jī)低功耗 電源管理 

引 言

在控制終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，當(dāng)系統(tǒng)要求整體功耗偏低時(shí)，C8051F系列單片機(jī)是一個(gè)最佳的選擇。它們擁有靈活的時(shí)鐘硬件，使系統(tǒng)能夠方便地在高效運(yùn)作模式與低功耗模式問(wèn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，智能的電源管理模式能夠在正常工作及待機(jī)狀態(tài)自由切換，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的能量損耗；當(dāng)工作頻率低于10kHz時(shí)，時(shí)鐘丟失檢測(cè)器(MCD)能夠引發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生復(fù)位，確保系統(tǒng)工作的安全可靠。

1 C8051F各部分組件的功耗

當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)對(duì)功耗要求嚴(yán)格時(shí)，可以在硬件電路建立前首先粗略計(jì)算一下整個(gè)系統(tǒng)所需的功耗。由于C8051F系列單片機(jī)為數(shù)模混合SOC系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)的大部分功能，因此整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功耗將主要集中在C805IF系列單片機(jī)的能量消耗上。

整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的功耗應(yīng)該由4部分組成：振蕩器功耗、數(shù)字設(shè)備功耗、模擬外設(shè)功耗及I／O端口功耗。振蕩器功耗包括內(nèi)部振蕩器的功耗以及外部振蕩器功耗。數(shù)字設(shè)備能量消耗主要由CPU的工作模式、工作電壓及系統(tǒng)時(shí)鐘頻率決定。溫度與數(shù)字外圍設(shè)備對(duì)數(shù)字設(shè)備的功耗影響很小。模擬外圍設(shè)備功耗主要包含ADC、電壓基準(zhǔn)VREF、溫度傳感器、偏壓發(fā)生器及內(nèi)部振蕩器。比較器也有少量的能量損耗。

1.1 振蕩器功耗分析

外部振蕩器具有很高的可配置性，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供了多種選擇。時(shí)基信號(hào)可以從外部CMOS電平時(shí)鐘源、晶振或陶瓷諧振器、RC組合電路或外部電容獲得，每一種方法都有各自的優(yōu)勢(shì)。由于振蕩器可以靈巧地在各種方式中轉(zhuǎn)換，因此可以通過(guò)改變振蕩器來(lái)降低功耗。對(duì)外部振蕩器來(lái)說(shuō)，外部CMOS時(shí)鐘、電容和RC網(wǎng)絡(luò)都能夠提供較低的振蕩頻率。

(1)外部CMOS時(shí)鐘

當(dāng)工作于外部振蕩器CMOS時(shí)鐘模式時(shí)，外部振蕩器驅(qū)動(dòng)被關(guān)閉．電路功耗電流微小可以近似忽略。XTAL2輸出的時(shí)基信號(hào)可以用作CPU、計(jì)時(shí)器、PCA或其他外圍設(shè)備的時(shí)鐘源。注意，即使在某一端口應(yīng)用了高頻信號(hào)，功耗仍只有少量的增加。

(2)外部晶振

外部晶振提供了最精確的時(shí)間基準(zhǔn)，但隨之而來(lái)的功耗在同一頻率下也更高。外部晶振依賴于晶振頻率和振蕩器驅(qū)動(dòng)電路(XFCN)。

(3)外部電容C模式

外部電容模式通過(guò)將一個(gè)電容連接到XTAL2為系統(tǒng)提供低功耗時(shí)鐘。這是精度最差的一種時(shí)基方式，但同時(shí)也是最靈活的一種方式。只用1個(gè)電容元件就可以提供8種不同的工作頻率．最高頻率幾乎可達(dá)最低頻率的3000倍。可以通過(guò)改變?cè)贠SCXCN寄存器中的XFCN位改變其振蕩的頻率，并直接影響其輸出的電流。外部電容方式下的時(shí)基精度主要由電容的誤差和流過(guò)XTAL2的內(nèi)部電流源的精度決定。

(4)外部振蕩RC模式

RC模式與電容模式十分相似，區(qū)別在于外部電容方式下電容的充電電流由接到XTAL2的內(nèi)部可編程電流源提供，并且在RC模式下充放電電路除了包含電容外還要通過(guò)一個(gè)外部電阻器。RC模式振蕩電路的平均功耗由通過(guò)電阻器的平均電流所決定。電阻器上的壓降成指數(shù)倍大小，其波形可以簡(jiǎn)化為三角波來(lái)估計(jì)平均值。

通常，