文档介绍：第1章超低功耗单片机
超低功耗单片机概述
超低功耗单片机系统的设计原则
习题
超低功耗单片机概述
超低功耗单片机的概念
单片机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的。单片机又称单片微控制器(Single Chip Microcontroller),它是将计算机的基本部件,如中央处理器CPU(Central Processing Unit)、随机存储器RAM(Random Access Memory)、只读存储器ROM(Read Only Memory)、定时器/计数器、中断控制、I/O接口、串行接口等微型化并集成到一块芯片上的微型计算机。有些单片机除了集成了以上部件外,还集成了其它功能模块,如A/D与D/A转换器、液晶驱动等。随着电子技术的发展,单片机片内集成的功能越来越强大,并朝着SOC(片上系统)方向发展。
近几年,电子产品的低功耗设计越来越受到人们的重视。低功耗成为单片机技术发展的一个显著特点,一些大的单片机厂商都推出了自己的低功耗产品。如Intel公司的80C31系列、Atmel公司的89C51系列、Motorola公司的MC68HC05/MC68HC11系列、Philips公司的51LPC系列、Microchip公司的PIC系列等。随着现代电子技术的发展,为了使系统的功耗进一步降低,有些厂商已经开始研究生产超低功耗单片机,如TI公司的MSP430系列16位单片机和EM公司的低功耗8位FLASH单片机EM6812等。
超低功耗单片机是相对于普通单片机和低功耗单片机而言的。~5 V,而低功耗单片机的电压工作范围拓展到3~6 V,工作电流也降到毫安级。低功耗单片机同时还具有等待和休眠方式,在休眠方式下,电流可以降到微安级,如MCS-51系列的80C51B/87C51在正常工作(5 V,12 MHz)时,工作电流为16 mA,同样条件等待方式下, mA,而在休眠(2 V)时,工作电流仅有50 μA。PIC16C5X系列单片机是美国Microchip公司生产的8位CMOS单片机,~6 V,运行时工作电流小于2 mA,待机时功耗电流小于10 μA。超低功耗单片机是在低功耗单片机的基础上,面向超低功耗应用而设计的。
超低功耗单片机耗电非常小,不论工作电压还是工作电流,相比低功耗单片机都有了进一步的下降,并能在低电压下工作,采用多种节能工作模式,工作电流也从毫安级降到了微安级,一般在零点几微安到几百微安,而且可以在较低频率下工作。比如EM公司的EM6812系列单片机可以在2~5 V电压下工作,工作频率最低可以为32 kHz,~120 μA; V,在LPM3方式下,振荡器处于32 kHz,~280 μA。
超低功耗单片机的特点 超低功耗单片机除具有普通单片机的特点,如工作稳定、成本低、易于产品化、实现了控制电路的超小型化以及RAM、ROM、I/O接口、串行口、A/D等资源齐全的显著优点外,还有电压低、功耗小以及可以低频率运行等一些优点,适用于机电一体化设备、智能化仪器仪表以及现代家用电器的控制核心,如电脑控制的洗衣机、录像机等。
超低功耗单片机的特点可以归纳如下: (1) 超低功耗设计。具有超低功耗是超低功耗单片机区别于普通单片机的一个显著特点,超低功耗单片机耗电非常小,一般在几百μA/MIPS(MIPS——每秒执行百万条指令),工作电压和工作电流均较低。 (2) 高集成度的完全单片化设计。超低功耗单片机将很多外围模块集成到了MCU芯片中,增大了硬件冗余。内部以低功耗、低电压的原则设计,这样的系统不仅功能强、性能可靠、成本低,而且便于进一步微型化和便携化。
(3) 内部电路可选择性工作。超低功耗单片机可以通过特殊功能寄存器,选择使用不同的功能电路,即依靠软件选择其中不同的外围功能模块,对于不使用的模块使其停止工作,以减少无效功耗。
(4) 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。为了更好地降低功耗,超低功耗单片机可采用几套独立的时钟源,如高速的主时钟、低频时钟( kHz)和DCO片内时钟。其可在满足功能需要的情况下按一定比例降低MCU主时钟频率,以降低电源功耗。在不需要高速运行的情况下,可选用辅助时钟低速运行,进一步降低功耗。通过软件对相应功能寄存器进行设置,可改变CPU的时钟频率,或进行主时钟和辅助时钟切换。 (5) 具有多种节能工作模式。超低功耗单片机具有多种节能模式,为其功耗管理提供了极好的性能保证。
超低功耗单片机的应用领域 超低功耗单片