将低功耗设计进行到底！
现在，有许多单片机应用领域，都是用电池供电，节能成为设计工程师普遍关心的问题。希
望大家就这方面展开讨论。
以下提供一些讨论的方向：
1、如何降低系统功耗？（软件？硬件？）
2、各位在这方面有何经验教训？（可以拿出来与大家分享）
3、各种芯片的功耗比较？
4、SLEEP模式应用的注意事项？
5、一些新型的节能器件的介绍？
6、其它与低功耗设计相关的话题？……
进入掉电模式
现在有很多的低功耗的片子，特别是在进入掉电模式之后，只有1uA的电流。也可以使用电源管理
的方法，在不工作的时候，把系统电源关断，这样更省电
我用了很久51芯片，本来对它的功耗非常不满，但是因为其价格越来越便宜，本身的xxx依旧
很好，所以总也甩不掉。
1、休眠。一般的系统都不会到了忙不过来的地步，适当的休眠还是可以节省一些功耗的，在一些
简单的系统，多抽时间休眠成了省电的关键，你看别的芯片都不耗电，只有单片机了，它就是关
键了，在有些时候，提高主频反而会获取更多的休眠时间，反而使系统功耗更小了。但是值得注
意的是，经常性的切换休眠和工作状态会让电源产生mV级的波动，特别对于很多线性稳压器只有
100mA以内的输出能力的情况更明显，这样的波动或许会影响系统内的AD和一些其他模拟电路，
值得注意。
2、掉电。如果进入了掉电模式，很多51芯片是无法通过中断重新开始工作的，可以外加一个微功
耗的单片机来提供复位，这个单片机只负责键盘扫描和复位51单片机，以及发送键盘编码到51芯
片。 我以前见过一个手持设备，耗电很小，但是包括了大容量存储、显示、输入、数据输出、检
索等功能，平时89C51总是处于掉电状态，但是有了键盘操作后，就复位开始运行，处理完键盘送
来的任务之后又自动掉电了。
3、复杂运算。复杂运算（譬如指数运算、浮点乘除）一定会占据更多系统时序，响应减少休眠时
间，可以通过查表方式，这样用大容量的表格代替了现场计算，更多的时间不就可以睡觉了吗？
4、如果软件任务少到一定程度，那么可以考虑把晶体搞到32k去运行，其实这样更省电，但是这
意味着51软件基本没什么高速的事情做，也不需要串行通信，否则，还是老老实实面对现实吧。
我觉得，51芯片用于电池供电的系统不是很合适，但是从开发周期看，它的开发环境很好，毕竟
可以承载8位机的相对大型的应用，有时候又不得不用它。我觉得距离51最靠近的AVR单片机更适
合将来的应用，因为其性能价格比相对其他单片机还是不错的，除非51芯片可以将来做到在3MIP
下，工作电流小于2mA，休眠电流小于500uA，掉电电流小于10uA。
在很多的设计中，采用线性降压的方法，电源损耗大，如提高供电电压，并用高效率的DC－DC电
源，可延长电源使用的时间
89C8252掉电工作，看门狗做“系统运行时钟”同时把看门狗复位“软件模拟成看门狗中断”
“狗”叫一次跳起来看看，“RAM值班室登个记”，同时还登记下当前PC+1的值，然后“睡死”
过去！
平均功耗不大于5V/0。3MA，而且有很强的抗干扰性！
软件优化很重要！
如64MS一次“狗”叫！起来做40条指令，24MHZ下最多：40*0。5=20US
于是占空比：20/64000=1/3200 即平均电流下降3200倍！！！
外设会受复位改变吗？当然！但锁存器干什么啊？！
如何知道程序能运行多久？下一条运行指令运行到那？
如果任何时刻，你自己编的程序运行在那个片区，你都不知道，那还叫什么搞软硬件的要天人合
一啊？！
系统任务不忙的情况下，你的看门狗定时复位方法还可以，但是。。。好多情况下似乎做不到呀
我的51系统只有200微安
省电是个大难题，特别是51，但只有用心还是可以做到的，特别是工作任务少的时候。我的一个
水文遥测系统，用12伏电池供电耗电只有200微安，有8Mbit data flash，一个调制解调器，一
个时钟，一个485通信口，一个232通信口，还有6个数码管，是不是够多的了，但它们平时都不
工作，我也是用看门狗复位来唤醒51单片机的，每1.6秒一次，用的是x25045，可是25045的复位
时间有200毫秒之多，实验发现，51从掉电返回到正常工作只要有30个毫秒足了，别小看节省的
这一百多毫秒，因为51在每次醒来是只要发现没有任务就可以马上POWERDOWN了，所以加了一个
CMOS的单稳来复位。其它的就是口线的状态一定要注意，不要让它吸收电流也不要输出电流，要
是做不到可以试着加一此电路，如反相器．
稳压电源是个要权衡的事，虽然开关稳压有较高的效率，但在低功耗设计不一定对，开关电源本
身消耗的电流就是一个大问题，一个微安级的系统也许要特别对待，我用的是max667线性稳压数
微安静态电流．我想开关电源做不到
对于外部事务频繁的应用，无法使用掉电方式
虽然很多51芯片支持外中断触发芯片脱离POWER DOWN状态（如华邦的W78E58、W77E58），但还
是解决不了串行通信的问题，而且对于需要内部xx定时的场合，从POWER DOWN到正常工作需要
很长时间，这个恐怕还是难于让人接受。莫非没有一个厂家可以产出高速小功耗的51芯片？没到
理呀，PHILIPS不是玩了很久吗？怎么弄出的芯片在12MHz下还是大于10mA，休眠也有几个mA，这
也吹牛没下功夫嘛！
用51做低功耗，太累了
低功耗多得是，象PIC、EMC轻松做到20uA以下，51有POWER DOWN，但只能复位唤醒，有少数可
用INT唤醒，太麻烦。有些有双晶体的单片机，做低功耗最简单，平时用32768工作也只有20uA，
这种单片机一般带有LCD。EMC内有PLL单片机做功耗系统很方便，象78565，567，功能强价格低
samgsung的单片机可以做到
565匠人也用过。平时进IDLE模式，功耗只有几个UA
分级供电和外部唤醒确是一种可行的办法
在分级供电中要注意的是如果电源是小电流的稳压器件{zh0}有一个比较大的蓄电电路，要不然
单片机唤醒和上电时可能会起动不了，而且可能会进入一个不希望的振荡期，比如单片机要起
振，电流增大，这时电源供不起，电压就下降，引起的是单片机又停振电压又回升！所以一个合
理的电源管理电路就显得很关键，这方面的专业IC将是未来一个很有前途的产业！这个IC应有一
个内部低速的定时器和一个专门的蓄电管理电路，当电路进入低功耗后应该将蓄电电路冲满以备
唤醒和大功耗时用，这种电路主要用于小电流供电的环境，它可以为小电流供电环境提供一个短
时间的大电流工作。 另外单片机的耗电除了核本身的耗电外，大多是IO口的耗电，大家可以
通过降低主频，将IO口置在比较合适的状态来达到一个比较省心又省力的方式。而且不全理的频
繁唤醒有时会带来更多的电耗！
用TI的单片机MSP430系列非常省电。正常工作时几百微安，掉电时约1微安
87LPC76X低功耗51,32k时20uA
使用双振的单片机，在系统不忙的时候使用32768的晶振，同时进入SLEEP这样处理通常耗电都在
几个uA.在处理SLEEP唤醒后的程序需要小心处理，特别是台湾的单片机，有时厂家给出的资料都
要小心，我碰到过。
我不知道您是用的哪家的51单片机，功耗能做到这么低。据我所知ATMEL89C52 Powerdown mode
下最少是40微安。您的系统中有这么多的器件，即使都是低功耗可关断的器件，那你的系统每次
工作时都要启动所有的器件才能运转起来，这个启动过程是多长呢？还有您的单片机不会工作在
12V的，你还需要一个电压变换器，它平时不用电的吗？你的CMOS单稳不用电的吗？据我所知常
用的485，232，modem，flash都不是低功耗可关断的，如果您都使用的是特殊器件，那实用的意
义何在呢？或者您使用了其他器件来控制这些耗电多的设备，那您一定是硬件高手了。可否指点
一二？
高速51: C8051FXXX在1M指令流下,VDD仅仅1.5mA
用IO口控制RC振荡频率？
用RC振荡方式，并将IOSI口接一个电阻到IO口上。通过切换IO口的电平来切换频率，方法如
下： 功耗，在电池供电的仪器仪表中是一个重要的考虑因素。PIC16C××系列单片
机本身的功耗较低（在5V，4MHz振荡频率时工作电流小于2mA）。为进一步降低功耗，在保证满
足工作要求的前提下，可采用降低工作频率的方法，工作频率的下降可大大降低功耗（如PIC16C
××在3V，32kHz下工作，其电流可减小到15μA），但较低的工作频率可能导致部分子程序（如
数学计算）需占用较多的时间。在这种情况下，当单片机的振荡方式采用RC电路形式时，可以采
用中途提高工作频率的办法来解决。 具体做法是在闲置的一个
I/O脚（如RB1）和OSC1管脚之间跨接一电阻（R1），如图1所示。低速状态置RB1=0。需进行快速
运算时先置RB1=1，由于充电时，电容电压上升得快，工作频率增高，运算时间减少，运算结束又
置RB1=0，进入低速、低功耗状态。工作频率的变化量依R1的阻值而定（注意R1不能选得太小，
以防振荡电路不起振，一般选取大于5kΩ）。
改用C8051Fxxx,20MHz 仅仅10mA,若降到1MHz,可以做到1~2mA;
2. 或是干脆采用MSP430,一般<1mA,稍稍采取措施,马上可以接近零功耗!
大家不要以为更换CPU是很难的事情,我们仅仅用2周就更换成功CPU
先天不足，51低功耗没前途的
msp430,m16等有很多低功耗单片机，功能强，又是精简指令，全天uA级工作
成本也是关键，不一定非要低功耗器件。
我觉得要很好的利用单片机的中断和休眠功能，单片机尽可能的处于休眠等待状态，同时注意空
闲IO口的状态，输出的{zh0}置低，输入的要视外围电路而定，不用的脚要处理好，不是简单不接
就可以的
另外，外围电路可以做分区域的电源开关，不用时，关闭电源，并将与其相连的单片机的IO口置
低，减少信号线馈电。
不知说的对不对。
刚开始做电池产品时,只有8031 ,考虑用PSEN什么的控制外部RAM,休眠方式,但是还是在十毫
安级. 现在好了,有许多型号单片机本身就是低功耗,为了减少体积,还要追求更低. 1.系统
设计,好的系统设计是降低功耗的关键. 减少外围器件,降低晶体频率.可以采用带lcd,ad,实时
时钟功能的单片机,即降低成本,又减少了故障率,可谓一举两得.HOLTEL,PHILIPS,PIC 都有此类
单片机. 低的主频也可以降低功耗,如ZILOG的单片机可以程序控制对主频的分频,在不忙时把
频率降低,需要时在提高. HOLTEK的可以采用双频率工作,高主频可以关闭,32768可以提供内部精
确计时,还可以xx休眠的单片机工作. 2.降低系统电压,可以降低功耗. 3.合理处理不用
的IO口,{zh0}设为输入态.对外围电路也要考虑,如光耦,尽量使其导通态<断开态.驱动三极管的状
态.还有就是上拉,下拉电阻值,太小也会造成漏电.
Mega8的一个特点是带有内部的RC振荡器，别小看他，他与晶振的不同之处在于他的起振时间很
短，只要几uS，而晶振一般要几十mS，所以低功耗设计时一定要用，430的宣传不是也讲起动时
间6uS吗，那一样是指的RC振荡开始工作的时间。
我得设计静态电流50uA，实际只是LCD模块的电流，单片机平时处在掉电的状态。每隔1S倍液晶
模块唤醒一次，作一次显示的刷新工作，耗时约4mS，正常工作时如果有脉冲来的话，就作一些运
算，脉冲频率50Hz，每次运算不过200uS，这样下来，正极的功耗大大降低，加上一些外围电
路，平均在100uA以下。
低功耗设计
现象一：我们这系统是220V供电，就不用在乎功耗问题了
点评：低功耗设计并不仅仅是为了省电，更多的好处在于降低了电源模块及散热系统的成
本、由于电流的减小也减少了电磁辐射和热噪声的干扰。随着设备温度的降低，器件寿命则
相应延长（半导体器件的工作温度每提高10度，寿命则缩短一半）
现象二：这些总线信号都用电阻拉一下，感觉放心些
点评：信号需要上下拉的原因很多，但也不是个个都要拉。上下拉电阻拉一个单纯的输入信
号，电流也就几十微安以下，但拉一个被驱动了的信号，其电流将达毫安级，现在的系统常
常是地址数据各32位，可能还有244/245隔离后的总线及其它信号，都上拉的话，几瓦的功
耗就耗在这些电阻上了（不要用8毛钱一度电的观念来对待这几瓦的功耗）。
现象三：CPU和FPGA的这些不用的I/O口怎么处理呢？先让它空着吧，以后再说
点评：不用的I/O口如果悬空的话，受外界的一点点干扰就可能成为反复振荡的输入信号
了，而MOS器件的功耗基本取决于门电路的翻转次数。如果把它上拉的话，每个引脚也会有
微安级的电流，所以{zh0}的办法是设成输出（当然外面不能接其它有驱动的信号）
现象四：这款FPGA还剩这么多门用不完，可尽情发挥吧
点评：FGPA的功耗与被使用的触发器数量及其翻转次数成正比，所以同一型号的FPGA在不同
电路不同时刻的功耗可能相差100倍。尽量减少高速翻转的触发器数量是降低FPGA功耗的根
本方法。
现象五：这些小芯片的功耗都很低，不用考虑
点评：对于内部不太复杂的芯片功耗是很难确定的，它主要由引脚上的电流确定，一个
ABT16244，没有负载的话耗电大概不到1毫安，但它的指标是每个脚可驱动60毫安的负载
（如匹配几十欧姆的电阻），即满负荷的功耗{zd0}可达60*16=960mA，当然只是电源电流这
么大，热量都落到负载身上了。
现象六：存储器有这么多控制信号，我这块板子只需要用OE和WE信号就可以了，片选就接地
吧，这样读操作时数据出来得快多了。
点评：大部分存储器的功耗在片选有效时（不论OE和WE如何）将比片选无效时大100倍以
上，所以应尽可能使用CS来控制芯片，并且在满足其它要求的情况下尽可能缩短片选脉冲的
宽度。
现象七：这些信号怎么都有过冲啊？只要匹配得好，就可xx了
点评：除了少数特定信号外（如100BASE-T、CML），都是有过冲的，只要不是很大，并不一
定都需要匹配，即使匹配也并非要匹配得{zh0}。象TTL的输出阻抗不到50欧姆，有的甚至20
欧姆，如果也用这么大的匹配电阻的话，那电流就非常大了，功耗是无法接受的，另外信号
幅度也将小得不能用，再说一般信号在输出高电平和输出低电平时的输出阻抗并不相同，也
没办法做到xx匹配。所以对TTL、LVDS、422等信号的匹配只要做到过冲可以接受即可。
现象八：降低功耗都是硬件人员的事，与软件没关系
点评：硬件只是搭个舞台，唱戏的却是软件，总线上几乎每一个芯片的访问、每一个信号的
翻转差不多都由软件控制的，如果软件能减少外存的访问次数（多使用寄存器变量、多使用
内部CACHE等）、及时响应中断（中断往往是低电平有效并带有上拉电阻）及其它争对具体
单板的特定措施都将对降低功耗作出很大的贡献。
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