单片机系统设计中低功耗的探讨

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1、万方数据单片机系统设计中低功耗的探讨赵贺单片机系统设计中低功耗的探讨赵贺(兰州交通大学电子与信息工程学院兰州，730O7o)摘要：通过cM0s电路的功耗分析及Mcu待机功能的简单介绍，提出了单片机系统低功耗设计的总体原则，并从硬件和软件方面介绍了具体的实现低功耗方法。关键词：低功耗；单片机；待机A晰ad：mp聊岫蛐ces恤聊00ns砌咖呻cipleof删㈣andmes协dby劬c妇ofMCuand班黜g∞efalpf：_m‘：ip砖oflowp嘶惯cons删ondcs谫inInj伽0c咖幽sys晒[Il，柚d畔fb州aIdsspecif记m蝴toreali忿10wpoweroo

2、nsurllpdon丘omh利ware觚dsof如，are．脚吣：k}w畔c0IlsI瑚埘on；Mhocon蛐；Standby中图分类号：TP368．1文献标识码：B文章编号：100卜9227(2009)06—0066一030引言对于在二十一世纪生活的人们来说，节能是一个最大的话题。为了维持社会的可持续性发展，所使用的产品必须尽可能的节能。因此，近年来由龟池供电的嵌入式便携产品在市场上的需求日益增长分其实电源储备的概念并不仅仅用于嵌入式便携产品，几乎对于所有产品都是一个重要部分。系统采用低功耗设计，可以延长系统的使用寿命，从而降低系统的运行成本。通过降低系统的热耗，也可以提高系

3、统的可靠性和稳定性。本文针对单片机系统如何降低功耗来展开探讨。1功耗理论分析系统的低功耗设计，离不开低功耗的集成电路，就传统的TTL集成电路而言，74通用系列每门的功耗约为10mW，74ALS系列是TTL集成电路所有系列中功耗最小的一种，电路中通过采用较高的阻值降低了功耗，其每门的功耗约为lmW。随着CMOS集成电路的出现，功耗得以进一步的降低，4000系列每门的功耗约为5×10一mW，而74HC系列每门的功耗约为1×103mW，从上述比较可见，CMOS集成电路的功耗要比传统的TTL集成电路低得多，正是由于CMOS集成电路具有低功耗，高抗干扰能力等突出优点，自问世以来就引起了用

4、户和生产厂商的普遍重视。电子器件从TTL集成电路向CM0s集成电路的转变，使得系统采用低功耗设计成为可能。因而，cM0s电路是系统低功耗设计的电路基础。1．1CMOS电路功耗分析收稿日期：209—07—01作者简介：赵贺(1981一)，汉族，硕士，主要研究方向为电路系统。66目前，大多数微控制器都使用CMOS电路，CMOS反相器是一种典型的CMOS电路，这里以CM0s反相器电路为例来进行功耗分析。它由两个增强型MOS管组成，一个为PMOS管，另一个为NMOS管，两管栅极连在，一起的输入端与两管漏极连在一起的输出端是非的逻辑关系。在稳定状态时，两管总是处在一个导通，另一个必为截止

5、的工作状态，即在门电路中没有从V。。到地的通路，电源向反相器提供的电流为截止电流，所以静态功耗非常微小，仅为毫瓦数量级；在状态切换时，反相器向负载电容充电或负载向反相器放电，这时的动态功耗一般增加到几毫瓦。上面的静态功耗和动态功耗以图1来说明：图1(a)为CM0s反相器电路。图1(b)中，顶部的PMOS管状态为导通，而底部的NMOS管状态为截止，输出为高电平。图1(c)中，顶部的PMOS管状态为截止，而底部的NM0s管状态为导通，输出为低电平。在这两种状态中，截止状态的M0S管进入高阻状态，很少有电流流过。若这种状态一直持续下去，功耗就可以忽略，此即为静态功耗。图1(d)中，若

6、增加了负载电容，为了给电容充电，总是需要额外的电流，此即为动态功耗。三隶V叻。√如NN-蛊oFF上(b)“H”State(c)‘‘L”State(d)带负载图1CM0s反相器功耗分析因此，CMOS电路的动态功耗是其功耗的主要方面，在降低功耗的设计当中应尽量降低其动态功耗。d矗万方数据《自动化与仪器仪表》2009年第6期(总第146期)1．2微控制器的待机功能3硬件系统的低功耗设计在大多数应用场合中，微控制器不需要+直操作，有遵循以上原则，单片机硬件系统设计可以从以下几些时候是空闲的(如当微控制器等待输入或等待定时器设个方面来降低功耗：置的时间到时)。在这段时间内，微控制器的操作

7、是浪费(1)选择低功耗的MCU功率。因而现在的微控制器都有待机功能，即在不需要使比如，如果用51单片机做控制的话，51单片机有两用微控制器时停止其操作。根据是否停止操作，可以划分种，一种是采用CMOS(CHMOS)管的(型号里有个C)，功耗较成不同的模式。小，大约16mA(Vcc一5V)；另一种是采用HMOS管的，功耗较多数情况下有三种模式，具有以下功能。大多数微控大，大约150mA。若要求功耗更低，则采用其他的低电压制器⋯傲具有(a)和(c)模式。(<2．5V)、低电流(<2．5mA)型号