单片机系统的超低功耗设计.pdfVIP

《工业控制计算机》2001年14卷第10期 单片机系统的超低功耗设计 胡俭波 宋开臣 浙江大学机械电子控制工程研究所(310027) nbstract口刁B The Introducesthe Of wIthufra—IOw desIgn computersystem power paper technoIogysIngle—chlp consumotlonfrOmthehardwareandthes0什ware utra—lOw KeywOrds：sIngIe—chIpcomputer， powerconsumptIOn，de8lgn 摘要 表文分别从硬件和软件两个角度来介绍了超低功耗单片机系统的设计技术。 关键词：单片机，超低功耗，设计 1引言 式中：m=节点总数 在智能仪器仪表的设计和对原有模拟型仪器仪 n=器件总数 表的改造工作中，加入微处理器作为控制中心的方 Voo=工作电压 法已越来越受到广大技术人员的重视。特别是单片 fc。一=始终频率 机要使用在市电供给困难的场合，如野外、井下、空 Ln=方向漏电流 中、无人坚守等环境下时，系统需采用电池供电，设 ISCn=电平转换过程中的瞬态短路电路 计这样的系统要考虑的一个重要的因素就是系统的 a．=节点充电率 功耗：在现代工业设计中，同寿命设计思想也很重 C。=节点电容 要：在单片机系统设计中就体现为电池的寿命与系 由式(1)可知，在单片机系统中，要降低系统的 统的寿命基本一致，这就要求整个系统的功率消耗 功耗，主要有两种途径：一是降低工作电压，二是降 尽量的小。要降低整个系统的功耗，务必从系统设计 低工作频率。这就是说，在超低功耗的单片机系统 中的各个环节抓起。本文就如何设计超低功耗系统 中，要达到真正的功耗低，就要多采用4000系列低 作一些探讨。 速CMOS芯片，避免或尽量少使用74HC系列高速 2 超低功耗单片机系统的硬件设计 CMOS芯片。 2 1 CMOS的选用及特点 一般情况下，cMOS电路的静态功耗极小，若注 在选择CPu及各种外围器件时，尽可能选用低 意控制电路的静态电平和负债电阻的接法，CMOS 功耗的器件和芯片。CM0s电路的固有特点就是功电路的静态功耗可减少到uA级；而其动态功耗的大 耗低：因此，由CMOS电路构成的芯片格外受低功耗小与该电路改变逻辑状态的频率和速度有关．电路 设计者的青睐。在设计超低功耗系统时的一个基本 逻辑状态改变的频率越大，改变的速度越低，电路的 原则就是尽量设计出完全由cM0s器件构成的超低动态功耗就越大。在CMOS电路使用中要注意几点： 功耗单片机系统。可用的CMOS器件有4000系列(1)CMOS电路的逻辑电平 CMOS电路的电平与丌L电平有很大的差别． 的低速cMOS数字集成电路，74HC系列高速 CMOs数字集成电路以及HcMOS的单片机、存储CMOS电路的驱动电压范围较宽，而TTL电路的驱 器和一些外围电路。CMOS电路的功耗由静态功耗动电压较窄。通常情况下，CMOS电路之间可以互相 和动态功功耗组成，表达式如下： 驱动，cMOS可以驱动TTL电路，而TTL并不能驱动 凡=尸-十R