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单片机低功耗设计与无线技术教程

1单片机基础

1.1单片机概述

单片机，全称为单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer），是一种将中

央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口等主要计算机部件集成在一块芯片上

的微型计算机系统。它具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、实时性

好等特点，广泛应用于工业控制、家用电器、汽车电子、通信设备、医疗仪器

等领域。

1.1.1特点

集成度高：单片机将计算机的主要部件集成在一块芯片上，减少

了外部组件，使得系统更加紧凑。

功耗低：为了适应便携式和无线设备的需求，单片机设计时特别

注重低功耗。

控制功能强：单片机的指令系统和硬件结构使其特别适合于实时

控制和数据处理。

扩展灵活：通过外部接口，单片机可以方便地与各种传感器、执

行器等外部设备连接，实现功能的扩展。

实时性好：单片机的硬件结构和实时操作系统支持使其能够快速

响应外部事件，实现实时控制。

1.2单片机的低功耗模式

单片机在设计时考虑了多种低功耗模式，以适应不同应用场景的需求。这

些模式通常包括：

待机模式（StandbyMode）：CPU停止工作，但RAM、定时器、

串行通信接口等部分或全部外围设备仍保持工作状态。

掉电模式（Power-downMode）：除了RAM中的数据保持不变外，

其他所有部件都停止工作，功耗极低。

空闲模式（IdleMode）：CPU停止工作，但系统时钟仍继续运行，

可以快速响应中断。

1.2.1示例：使用ArduinoUno进入低功耗模式

voidsetup(){

//设置串行通信，用于输出信息

Serial.begin(9600);

1

delay(2000);//等待串行通信初始化

//进入空闲模式

Serial.println(进入空闲模式);

while(1){

cli();//关闭全局中断

ADCSRA=~(1ADEN);//关闭ADC

DIDR0|=(1ADC0D);//设置ADC0为数字输入

DIDR0|=(1ADC1D);//设置ADC1为数字输入

DIDR0|=(1ADC2D);//设置ADC2为数字输入

DIDR0|=(1ADC3D);//设置ADC3为数字输入

DIDR0|=(1ADC4D);//设置ADC4为数字输入

DIDR0|=(1ADC5D);//设置ADC5为数字输入

DIDR0|=(1ADC6D);//设置ADC6为数字输入

DIDR0|=(1ADC7D);//设置ADC7为数字输入

sei();//开启全局中断

sleep_mode();//进入空闲模式

}

}

voidloop(){

//由于在setup中已经进入低功耗模式，loop函数不会执行

}

1.2.2解释

在上述代码中，我们首先初始化串行通信，然后通过一系列的设置使

ArduinoUno进入空闲模式。cli()和sei()分别用于关闭和开启全局中断，ADCSRA

=~(1ADEN)用于关闭ADC（模数转换器），DIDR0|=(1ADCxD)用于将ADC

通道设置为数字输入，以减少功耗。最后，sleep_mode()函数使单片机进入空闲

模式，此时CPU停止工作，但系统时钟仍运行，可以快速响应中断。

1.3低功耗单片机的选择

选择低功耗单片机时，需要考虑以下几个关键因素：

功耗特性：查看数据手册中的功耗曲线，了解在不同工作模式下

的功耗。

处理能力：根据应用需求选择合适的CPU速度和内存大小。

外围设备：检查单片机是否具备所需的外围设备，如ADC、DAC、

PWM、串行通信接口等。

电源电压范围：确保单片机可以在应用的电源电压范围内