从式(3)还可以看到,降低80C51的供电电压能够成比例地降低功耗。由图1可知,选择3V供电电压要比5V供电电压的功耗下降一半。随着低电压CPU的选择,其它部分也要选择低电压的型号。我们选择的器件全部可以工作到2.7V,最终确定工作电压为3V,由稳压电路提供稳定的输出。此外,值得一提的是,3.3V也是一个较好的选择,因为3.3V是W78LE516在线编程(ISP)的电压下降,ISP是一个很有价值的功能,并且3.3V电压一睥器件也较容易得到。
五、让空闲模式和掉电模式占用更多的时间
80C51有三种工作模式:运行模式、空闲模式和掉电模式。正确编程以便使80C51在较多的时间内工作在后面两种模式下,是PDA类产品降低功耗的有效途径。对于W78LE516,2.4V供电电压和12MHz时钟频率下,三种模式的电流消耗如表1所列。
表1
模式 |
运行 |
空闲 |
掉电 |
电流(max) |
3mA |
1.5mA |
20μA |
低功耗的软件原则是让运行模式远比空闲、掉电模式少占用时间,尤如一个占空比很小的脉冲,消耗的能量较少。在开机状态下,靠中断唤醒CPU,在短暂的时间内工作在运行模式,处理相应的事件,然后进入空闲(或掉电)模式;在关机状态下,完全进入掉电模式。
PDA类产品的主要机时占用是显示和按键的交互操作。仅在较短的时间内有大量的计算,需全速运行,显示也是瞬间完成,大部分时间花在等待按键上。如果采用查询方式,CPU钭以运行模式等待按键,耗电较大;如果采用中断方式,则可以由中断唤醒CPU,让较长的等待按键时间,都处在空闲模式(或掉电模式)。
中断有两种实现方式:一种是键盘接到外部中断引脚,外部中断唤醒CPU;一种是采用定时器中断,定时唤醒CPU,完成键盘处理和其它工作后CPU又进入休眠状态。
令人耳目一新的是,通常的80C51从掉电模式唤醒到运行模式,只能靠硬件复位;而78LE516可以通过第二途径——中断INT0和INT1来唤醒,这对于PDA类产品权为有利。因为掉电模式的功耗,会比空闲模式小2~3个数量级,整机功耗将会进一步降低。类似的功能在PHILIPS公司的PLC系列低功耗单片机中也提供。
六、外围器件的合理使用
由于外围器件的使用不是很频繁,所以要选择带片选功能的外围器件, 不使用它们时进入低功耗模式。
减少外围器件的使用是PDA类产品降低功耗、减小体积的积极办法,但这要视系统可行性而定,并需要软件的配合。例如,使用78LE516内部64KB程序空间,对中等规模的系统已经足够,可以不使用外部程序存储器;使用好78LE516内部RAM,尤其是比80C52多出的内部256字节AUX RAM,可以节省外部RAM和寻址电路,这需要对软件很好地规划;78LE516的P4口可以义为指定外部地址的设备片选信号,可以节省外部地址译码电路。
不可小视CMOS器件未使用的输入口。一个悬空的输入端不但可能因为其高输入阻抗而感应电荷,损坏器件,而且可能造成不断唤醒CPU,不能进入掉电模式。假如输入口感应到较高频率的信号。增加的电流甚至高达20mA。这一结论从公式(1)的理论和开实践都可以验证。正确的处理办法是将未使用的输入接到Vcc或地。
七、关机后关断整机电源
对于钮扣电池供电的设备,关机态的电流消耗也是不可忽略的。10μm的关机电流累积一个月,就会消耗大于6%的电池容量。
关断整机电流的简单方法是用CMOS触发器控制一个晶体管做的电子开关,通常开关三极管的截止电流小于500mA
图2是我们设计的智能电源控制电路,靠一个耗电极少的单片机PIC12LC508A控制晶体管电子开关和DC-DC变换器,可以实现单键开关机、自动关机、禁止关机、定时开机等功能。
现在,越来越多的电池变换芯片具有SHUT DOWN引脚和电流与负载断开的功能。采用这一特性实现的电路,使用与图2类似的原理,关机电流也可以达到1μA以下。